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Technische und makromolekulare Chemie (Fach) / TMC (Lektion)

Diese Lektion wurde von Theresa_Bo erstellt.

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• 2. Geben Sie die Namen und die Strukturformeln von a) 4 Massenkunststoffen, b) 4 Technischen Kunststoffen und c) mind. 1 Hochleistungskunststoff.                          a) PE, PP, PVC, PS                         b) PMMA, PET, PBT, PC                                      c) LCP, PEEK, PTFE
• 7. Erklären Sie, wie sich die beiden unterschiedlichen Abbruchmechanismen der radikalischen Polymerisation (Disproportionierung und Kombination) allgemein auf die mittlere Molmasse Mn und die Polydispersität auswirken? 1.     Disproportionierung => Kurve wird breiter (weite Verteilung) =>                                                Polydispersität steigt an                        Kombination => Kurve wird enger (schmale Verteilung) =>                                             Polydispersität nimmt ab
• Mit welchen analytischen Methoden kann man wie nachweisen, ob es bei einer radikalischen Polymerisation zur Disproportionierung oder Kombination als Abbruchreaktion gekommen ist? NMR-Analyse: Findet sich ein endständiges H-Atom mit einer C=C-                              Bindung in der Nähe? Wenn nicht => Rekombination                         IR-Spektrum: C=C? Wenn nicht  =>Rekombination
• Geben Sie die Namen und Strukturformeln von 4 gängigen Initiatoren für die radikalische Polymerisation, dabei sollte mind. einer wasserlöslich sein. AIBN, Wasserstoffperoxid, Benzolperoxid (BPO),                                                  Kaliumperoxodisulfat (wasserlöslich)
• Wie wirkt sich allgemein eine Erhöhung der Reaktionstemperatur einer radikalischen Polymerisation auf den Initiatorzerfall, die Reaktionsgeschwindigkeit und die kinetische Kettenlänge (unter stationären Bed.) aus? Höhere Temperatur ⇒ schnellerer Initiatorzerfall => mehr Polymerketten                          wachsen gleichzeitig => schnellere Polymerisationsgeschwindigkeit                                    aber auch höhere Radikalkonzentration => mehr Abbruchreaktionen =>                              kürzere Ketten
• Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit einer radikalischen Polymerisation unter stationären Bedingungen mit a) der Monomerkonzentration und b) der Initiatorkonzentration? 1.     a) Geschwindigkeit steigt linear mit Monomerkonzentration               b) Geschwindigkeit steigt proportional zur Wurzel der                                                          Initiatorkonzentration
• Begründen Sie, warum man radikalische Polymerisationen in der Regel kühlen, Polykondesnation dagegen meist heizen muss. Polymerisation meist stark exotherm. Wärme muss abgeführt werden,                              da sonst keine stationären Bedingungen mehr. Polykondensation braucht für jeden Kondensationsschritt Aktivierungsenergie => Hitze            Außerdem müssen die niedermolekularen Produkte rausgeheizt werden                           (Le Chatelier)
• Erklären Sie möglichst detailiert, was der Gel-Effekt ist, und wie man sein Auftreten verhindern kann. Der steigende Umsatz des Produktes in der Reaktion und die damit verbundene Abnahme der Monomerkonzentration führt zur Bildung langer Ketten. Diese erhöhen die Viskosität, was eine langsame Diffusion verursacht. Es treten weniger Abbruchreaktionen auf, während der Initiator weiter Radikale bildet. Es kommt zum Anstieg der Bruttoreaktionsgeschwindigkeit und einer starken Erhöhung der Temperatur. Die Monomerkonzentration nimmt immer weiter ab, während die Viskosität zunimmt und die Diffusion behindert wird. Der Kreislauf , welcher als Gel-Effekt bezeichnet wird, wiederholt sich.  Durch Verdünnung mit Lösungsmittel oder durch Stoppen der Reaktionmittel Inhibitoren kann der Gel-Effekt unterdrückt werden.
• Wie wirkt sich die Zugabe eines Reglers auf die radikalische Polymerisation aus? Welche Verbindungen werden verwendet? Der Regler beendet die Kette des Polymerradikals und startet eine neue Polymerisation. Durch Übertragung reduziert sich die mittlere Kettenlänge. Verbindungen mit hoher Übertragungsrate, wie Mecaptane, Halogenmethane und Aldehyde werden verwendet.
• Erklären Sie anhand von Strukturformeln und Reaktionsgleichungen, wie es bei der radikalischen Polymerisation durch Übertragungsreaktionen zur Bildung von Propf-Copolymeren kommen kann. Am Beispiel der Copolymerisation von Styrol und Methymethacrylat  (MMA) kann die Propfcopolymerisation erklärt werden. Wegen der                                    höheren Reaktivität von Styren wächst zunächst die Polystyrolkette von der an irgendeiner Stelle ein H-Atom abgespalten und übertragen wird. Das Polystyrolradikal reagiert mit einem MMA-Monomer, was zur Bildung einer PMMA-Seitenkette führt. (Mechanismus siehe Skript)
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• Geben Sie die Strukturformeln und die Namen von 5 gängigen Vinylmonomer, die radikalisch polymerisiert werden, und nennen Sie jeweils typische Anwendungen der produzierten Polymere.                         Ethen => PE (Folien, Müllsäcke)                         Vinylchlorid => PVC (PVC-Boden, Bauindustrie)                         Tetrafluorethan => PTFE (Teflon-Beschichtung)                         Styren => PS (Joghurtbecher)                         Methacrysäureethylester => PMMA (Plexiglas)
• Beschreiben Sie den Mechanismus einer lebenden Polymerisation ist und erklären, wie er sich auf das entstehende Polymer auswirkt. Lebende Polymerisation ist gleichzusetzen mit einer ionischen Polymerisation. Als Initiator wird eine Lewis/Brönstedt-Säure                                         (kationische Polym.) oder eine Lewis/Brönstedt-Base (anionische Polym.) verwendet. Das Ion lagert sich an einem Monomer und es                            ensteht eine geladene Polymerkette, die weitere Monomere anlagert. Bei Abwesenheit von Verunreinigung  treten keine Abbruch- oder Übertragungsreaktionen ein, wodurch man sehr enge Molmassenverteilungen mit Polydispersitäten nahe 1 erhält.
• Beschreiben Sie möglichst detailiert die Ziegler-Natta-Katalyse (alternativ: Metallocen-Katalyse): Welcher Mechanismus? Welche Katalysatoren werden verwendet? Welche Monomere werden eingesetzt? Welche Polymere kann man erhalten? Ziegel-Natta-Katalyse ist einer Insertionspolymerisation. Als Katalysator werden ZN-Mischkatalysatoren aus einer metallorganischen Verbindung wie AlEt3 und einer Übergangsmetallverbindung wie TiCl4 verwendet. Das Olefin wird vom Lewis-aciden Metallkomplex AlEt3 koordiniert und danach in die Metall-Polymer-Bindung angebaut. Als Monomer wird Ethen eingesetzt, was zu HPPE führt, Propen => isotaktisches PP und Butadien, was zu Poly-(1,4 cis-Butadien) führt.
• Was ist die Gemeinsamkeit und der Unterschied zwischen Dendrimeren und hochverzweigten (hyperbranched) Polymeren? Gemeinsamkeit: hochverzweigt   Unterschied:   Dendrimere durch kontrollierte Reaktion regelmäßig, radiale Symmetrie, Hyperbrachend Polymere durch unkontrollierte Reaktion, unregelmäßig
• Welche Copolymerarchitekturen kennen Sie und unter welchen experimentellen bedingungen können sie entstehen? statisch, alternierend, Blockcopolymere, Propfcopolymere                         radikalische Polymerisation => statische Copolymere                         ionische Polymerisation => Blockcopolymer                         ATRP => Propfcopolymer                                    ??? => alternierende Copolymer
• Erklären Sie möglichst detailiert, was die Copolymermerisationsparameter ri sind und wie sich ihre Größe (0, 1, ∞) auf die molekulare Struktur der entstehenden Polymere auswirkt. 1.     Die Copolymerisationsparameter r1 und r2 definierend das Verhältnis der Geschwindigkeitskonstanten zur Anlagerung des gleichen Monomers, was zum Homowachstum führt und zu der des Fremdmonomers, was zum Kreuzwachstum führt. (i =1,2) ri = 0 Kein Homowachstum, nur Fremdanlagerung => streng alternierende Sequenz ri = 1 Beide Monomere werden entsprechend ihrer Konz. eingebaut [A] = [B] => statistischer Einbau          ri < 1 Fremdmonomer wird bevorzugt angelagert => vorwiegend alternierende Sequenz          ri > 1 Bevorzugt Homowachstum => Blockartige Strukturen          ri = ¥ Ausschließlich Anlagerung des gleichen Monomers => nur Homopolymer
• Was ist eine azeotrope Copolymerisation, wann tritt sie auf? (Eine ideal azeotrope Copolymerisation tretet auf, wenn r1 = r2=1 ist und somit ist die Sequenz statisch entsprechend ihren Konzentrationen => statische Copolymerisation.) Ist das aktuelle Einbauverhältnis der beiden Monomere gleich dem Verhältnis der Monomerkonzentrationen, spricht man von einer  azeotropen Copolymerisation. Das Einbau- und   Konzentrationsverhältnis bleibt während der ganzen Reaktion konstant.                         Voraussetzung: r1 und r2 >1 oder r1 und r2 <1
• Beschreiben Sie die chemische Struktur von a) Naturkautschuk und b) Synthese-Kautschuk (Styrene-Butadiene-Rubber, SBR). Wie werden beide vernetzt? a) Naturkautschuk besteht aus dem Monomer Isopren, das in extremeinheitliche Strukturen zum Terpen cis-1,4-Polyisopren polymerisiert.(Knäuel-Konfi. amorph -> flexibel)              b) SBR ist ein Copolymer aus 1,3-Butadien und Styrol. 
• Was ist der Unterschied zwischen Low Density Polyethylen (LDPE, auch Hochdruck-PE genannt)) und High Density Polytehylen (HDPE) hinsichtlich der Herstellung und der molekularen Struktur? HDPE wird mit der Ziegler-Natta-Katalyse hergestellt. Es handelt sich  um unverzweigtes Polyethylen und hat daher höhere Kristalline Anteileund eine höhere Dichte.                                                                                                      LDPE wird  durch radikalische Polymerisation hergestellt. Es  ist hochhverzweigt und hat dementsprechend mehr amorphe Anteile und eine geringere Dichte.                                                                                                   
• Nennen Sie analytische Methoden mit denen man das Zahlenmittel Mn einer Molmassenverteilung bestimmen kann und beschreiben Sie eine im Detail. 1.     Osmometrie, Kryoskopie, Ebullionskopie, Endgruppenbestimmung Endgruppenbestimmung: Zahlenmittel der Molmassenverteilung kann durch Stoffmenge an Endgruppen bestimmt werden. Es dürfen keine                                 Verzweigungen oder Ringe vorliegen und das Molekül muss linear sein. Polymerisationsgrad nicht zu hoch (unter 25000g/mol), da Fehler zu hoch.
• Erklären Sie an einem praktischen Beispiel, was man unter pseudoplastischem Verhalten (=Strukturviskosität) von Polymerlösungen versteht. Die Strukturviskosität ist die Eigenschaft eines Fluids, bei höhen   Scherkräften eine zunehmende Viskosität zu zeigen. Wenn man Acryllacke schnell rührt oder ausstreicht, entstehen zwischen Wand und Rolle eine große Scherrung, weshalb die Viskosität klein ist  (dünnflüssig).  Nach dem Auftragen wird ein Verlaufen verhindert, da keine Scherkräfte mehr auftreten.
• Erklären Sie, wodurch bei Polymerlösungen oder –schmelzen der Weissenberg-Effekt entsteht und welche praktischen Konsequenzen er haben kann. Beim Rühren elastisch, viskose Flüssigkeiten treten zwei Kräfte auf.  Zum einen die Scherspannung, die parallel zur Rührrichtung ist und                                    charakteristisch für die Viskosität und zum anderen die Normalspannung, die senkrecht zur Rührrichtung ist und nach oben wirkt. Durch die Scherspannung kommt es zur Dehnung der Moleküle (horizontal). Dieser Dehnung wirkt die Gummi-elastische Rückstellkraft(vertikal) entgegen. Es kommt zur Strangaufweitung und zum Aufsteigen der Flüssigkeit entlang des Stabrührers
• Erklären Sie möglichst detailiert, warum hochmolekulare Polymere (im Gegensatz zu niedermolekularen Verbindungen) in der Regel nicht mischbar sind. Mischungsentropie ist geringer als bei niedermolekularen Verbindungen G > 0
• Erklären Sie, welche Voraussetzungen hinsichtlich der molekularen Struktur ein Polymer erfüllen muss, damit es kristallisieren kann, und inwiefern sich die Kristallisation von Polymeren von niedermolekularer Verbindungen unterscheidet. Voraussetzungen für kristalline Strukturen ist eine regelmäßige  chemische Struktur, wie zum Beispiel ein Homopolymer mit isotaktischen Sequenzen. Des Weiteren darf keine Vernetzung oder Verzweigung des Polymers erfolgen => lineare Polymere, sowie eine hinreichend starke molekulare Bewegung. Kristalline Polymere sind hart und spröde während amorphe Polymer flexibel und elastisch sind. Niedermolekulare Verbindungen kristallisieren vollständig bei Polymerkristallen gibt es immer auch einen amorphen Anteil.
• Beschreiben Sie die allgemeine molekulare Struktur von Thermoplastischen Elastomeren und ihre Vor- bzw. Nachteile gegenüber „normalen“ Elastomeren und Thermoplasten. Vorteile (gegenüber Thermosets): Einfache Verarbeitung, größere Eigenschaftsbreite, Recycling möglich, Nachteile: teures Rohmaterial, keine billigen Füllstoffe, geringe Chemikalien- und Temperaturbeständigkeit
• Erklären Sie, inwiefern sich eine statistisches Copolymer aus Styrol (S) und Butadien (B) von einem S-B-S-Blockcopolymer unterscheidet hinsichtlich der Synthese, der chemischen Struktur, der physikalischen Struktur und den thermischen sowie mechanisc SBS-Blockcopolymer Blöcke inkompatibel →Separation →thermoplastisches Elastomer. Aggregation der Styrolblöcke in Domänen mikrodispers verteilt in Butadien-Matrix. Bei RT Netzwerk (elastisch), aber fließfähig (verarbeitbar) über Tm (PS). Verlustfaktor tand (Glasübergang) Entmischung ⇒ zwei Glasübergänge Tg,B = -80°, Tg,S= 100°C im Gegensatz zum statistischen Copolymer SBR.
• Cis-trans-Isomerie kann beobachtet werden bei: a) 1,2-Polyisopren b) Copolymeren bestehend aus Styrol und Ethylen c) 1,4-Polybutadien c
• Lineare Makromoleküle mit einem Polymerisationsgrad von 50.000 liegen in Lösung oder Schmelze in der Regel vor als: a) gestreckte Moleküle b) gewinkelte Moleküle c) geknäulte Moleküle d) helikale Moleküle c
• Was beschreibt der Polymerisationsgrad? a) Anzahl der Monomermoleküle, aus denen das Polymer besteht b) T emperatur, bei der die Polymerisation erfolgte c) Anzahl der Polymermoleküle, die bei der Reaktion entstehen a
• Wie bezeichnet man folgende Sequenz bei einem Polymer AABAAABBABABBABAB? a) statistisches Copolymer b) alternierendes Copolymer c) Pfropf-Copolymer a
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• Wie bezeichnet man folgende Sequenz bei einem Polymer ABABABABABABABAB? a) statistisches Copolymer b) alternierendes Copolymer c) Pfropf-Copolymer b
• Der Polymerisationsgrad von einem Polystyrol wird mit 10.000 angegeben. Welche relative Molekülmasse hat demnach dieser Kunststoff ungefähr? a) 10^4 g/mol b) 10^6 g/mol c) 10^9 g/mol b
• Wie kann man den molekularen Aufbau von Thermoplasten charakterisieren? a) engmaschig vernetzt b) weitmaschig vernetzt c) nicht vernetzt c
• Wie kann man den molekularen Aufbau von Elastomere charakterisieren? a) engmaschig vernetzt b) weitmaschig vernetzt c) nicht vernetzt b
• Wie kann man den molekularen Aufbau von Duroplasten charakterisieren? a) engmaschig vernetzt b) weitmaschig vernetzt c) nicht vernetzt a
• warum besitzen Polymere im Gegensatz zu niedermolekularen Verbindungen kein einheitliches Molekulargewicht, sondern eine Molekulargewichtsverteilung? a) unterschiedliche Reaktivitäten der wachsenden Kettenenden bei der Polymerisation b) statistisch b
• Es gibt verschiedene Arten von Makromolekülen. Ein Terpolymer ist ein Polymer mit a) zwei b) drei c) mehr als drei verschiedenen Monomereinheiten b
• Welche Taktizität besitzt Polyethylen? a) isotaktisch b) ataktisch c) Polyethylen besitzt gar keine T aktizität c
• Welche Eigenschaften besitzen Polymere im Gegensatz zu niedermolekularen Verbindungen immer? a) einheitliche Molmasse b) Molmasseverteilung c) scharfer Schmelzpunkt b
• Wie bezeichnet man Polymere, bei denen die Konfigurationen chiraler C-Atome entlang der Kette statistisch verteilt sind? a) syndiotaktisch b) isotaktisch c) ataktisch c
• Die Einheit Polymer-CH2-CH2Cl-CH2Cl-CH2-Polymer ist eine a) Kopf-Kopf- b) Kopf-Schwanz- c) Schwanz-Schwanz- Verknüpfung von Vinylchlorid in PVC. a
• Die maximale Ausdehnung einer Polymerkette wird beschrieben durch a) Kuhn’sches Wurzelgesetz b) Polymerisationsgrad * Länge der Monomereinheit c) Länge eines Kettensegments * √(Zahl der Kettensegmente) b
• Wann ist die Bildung hochmolekularer Polymere aus thermodynamischer Sicht nicht möglich? a) ∆H positiv, ∆S positiv b) ∆H negativ, ∆S positiv c) ∆H positiv, ∆S negativ c
• Welche Aussage trifft für die Ceiling-Temperatur Tceiling zu? a) Polymerisation und Depolymerisation befinden sich im Gleichgewicht b) Wachstum ist diffusionslimitiert c) Die Polymerisationsgeschwindigkeit wird nur noch von Entropie bestimmt a
• Wenn die Polymerisationsenthalpie ∆H positiv oder gleich null ist und die Entropie ∆S negativ, ist eine Polymerisation a) nicht möglich b) möglich, oberhalb der Ceiling-Temperatur c) möglich, unterhalb der Ceiling-Temperatur a
• Bei der Ceiling-Temperatur Tc ist a) die Änderung der freien Energie kleiner Null b) die Änderung der freien Energie größer Null c) die Änderung der freien Energie gleich Null c
• Bei der radikalischen Kettenpolymerisation erhält man große Molmassen bei a) hohen T emperaturen b) niedrigen T emperaturen c) langsamem Rühren b
• Die Erhöhung der Initiatorkonzentration in einer radikalischen Polymerisation führt zur: a) Erhöhung der kinetischen Kettenlänge b) keine Änderung der Polymerisationsgeschwindigkeit c) Erniedrigung des Polymerisationsgrades c
• Wie lange dauert die radikalische Wachstumsreaktion einer Polymerkette bei einem Polymerisationsgrad von 104? a) 1ms b) 1s c) 1min b
• Welche Vorteile besitzt die Lösungspolymerisation gegenüber der Substanzpolymerisation? a) gute Abfuhr der Reaktionswärme b) schlechte Abfuhr der Reaktionswärme c) hohe Viskosität a

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