Untersuche das Verhalten von Duroplasten und Thermoplasten beim Erhitzen.
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- Herta Langenberg
- vor 7 Jahren
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1 Naturwissenschaften - Chemie - Polymerchemie - 7 Identifizierungsmethoden für Kunststoffe (P782200) 7.. Identifizierung von Kunststoffen () - Thermoplaste - Duroplaste Experiment von: Seb Gedruckt: :5:4 intertess (Version 3.2 B24, Export 2000) Aufgabe Aufgabe Wie lassen sich Thermoplaste und Duroplaste unterscheiden? Untersuche das Verhalten von Duroplasten und Thermoplasten beim Erhitzen. Raum für Notizen Wenn Sie als Lehrer angemeldet sind, finden Sie nachstehend eine Schaltfläche für Zusatzinformationen. - -
2 Zusatzinformationen Lerninhalte Kunststoffe lassen sich prinzipiell in Thermoplaste und Duroplaste (und Elastomere) einteilen, die aufgrund der unterschiedlichen Molekülstrukturen unterschiedliches Verhalten insbesondere beim Erwärmen zeigen. Aufgrund der Fadenstruktur der Thermoplaste, die beim Erwärmen und anschließendem Abschrecken "eingefroren" werden kann, zeigen Thermoplaste bei anschließendem Erwärmen ein "Erinnerungsvermögen", sie nehmen die ursprüngliche Gestalt wieder an. Hinweise zu Aufbau und Durchführung Stellen Sie zur Zeitersparnis vorgefertigte Schlauchstücke zur Verfügung. Als Holzwalzen sind Besenstielstücke gut geeignet. Anmerkungen zu den Schülerversuchen Achten Sie darauf, dass die jeweiligen Kunststoffe nicht zu stark erhitzt werden. Die Temperaturregelung wird durch Verstellen der Brennerflamme oder entsprechendes Verstellen der Höhe des Stativringes erreicht. Die Brennerflamme darf keinesfalls die Kunststoffe erreichen. Beim Verschweißen die Kanten der erhitzten PE-Stücke fest aneinanderpressen. Gefahren Beim Erwärmen der Kunststoffteile treten unangenehm riechende und gesundheitsschädliche Dämpfe auf. Schutzbrille tragen, Versuch möglichst unter dem Abzug durchführen! Hinweise Kunststoffe besitzen weitgehend einen amorphen sogenannten Glaszustand, in dem sie hart und wenig verformbar sind. Sie lassen sich durch Erwärmen unterscheiden. Elastomere nehmen bei sehr tiefer Temperatur den Glaszustand ein, sie sind bei Raumtemperatur gummielastisch. Thermoplaste sind bei Raumtemperatur hart, sie besitzen ebenfalls einen Erweichungsbereich, der in einen Fließbereich übergeht. Duroplaste gehen vom Glaszustand direkt in Zersetzung über, sie besitzen weder Erweichungs- noch Fließbereich. Zwischenzustände können durch teilkristalline Strukturen etc. entstehen
3 Methodische Bemerkungen Dieser Versuch knüpft an die Versuche zu Kunststoffeigenschaften an, einige Kenntnisse hieraus werden bei der Auswertung vorausgesetzt. Der motivierende Versuch zum "Erinnerungsvermögen" lässt sich noch eindrucksvoller gestalten, wenn der aufgeschlitzte PVC-Schlauch thermisch zu einem Streifen geformt und abgeschreckt wird. Die anschließende thermische Rückführung zu einem Rohr gelingt allerdings nur bei einer sorgfältigen Temperaturführung. Entsorgung Kunststoffstäbchen in den Normalmüll entsorgen. PVC-Stücke für ähnliche Versuche wiederverwenden
4 Material Material Material aus "TESS Chemie Set Polymerchemie" (Bestellnr ) Position Material Stativfuß, variabel Bestellnr Menge 2 Stativstange Edelstahl 8/8, l = 370 mm, d = 0 mm Becherglas DURAN, niedrige Form, 400 ml Schutzbrille, farblose Scheiben Ring mit Muffe, verzinkt, Innendurchmesser 00 mm Drahtdreieck, Tonröhrchen, l =50 mm Schere, l = 0 mm, gerade, Spitze rund Tiegelzange, Edelstahl, l = 200 mm Chemikalien, Hilfsmaterial Position Material Bunsenbrenner nach DIN, Erdgas Bestellnr Menge Sicherheits-Gasschlauch, DVGW, lfd. Meter Sicherheitsunterlegplatte PVC-Schlauch, Innen-d = 9 mm Zinkblech, 250 x 25 x 0,5 mm, 200 g Polyvinylchlorid-Platten, 20 x 20 x 2 mm, 5 Stück Holzrundstab Für das Experiment benötigte Materialien - 4 -
5 - 5 -
6 Aufbau Aufbau Gefahren Beim Erwärmen der Kunststoffteile treten unangenehm riechende und gesundheitsschädliche Dämpfe auf. Versuch möglichst unter dem Abzug durchführen! Schutzbrille tragen! Aufbau Baue das Stativ nach Abb. bis 4 auf. Lege auf den Stativring das Drahtdreieck. Stelle den Bunsenbrenner unter den Stativring, verstelle diesen in der Höhe so, dass die Spitze der Brennerflamme sich ca. 0 cm unterhalb des Stativringes befindet. Abb. Abb. 2 Abb. 3 Abb
7 Durchführung Durchführung Ablauf Lege die beiden Kunststoff-Stäbchen auf das Drahtdreieck und erhitze sie mit dem Bunsenbrenner (Abb. 5). Prüfe die Stäbchen immer wieder mit Hilfe der Tiegelzange auf Erweichung und Biegbarkeit. Abb. 5 Versuche die Stäbchen auseinanderzuziehen, sobald deutliche Erweichung festzustellen ist (Abb. 6). Erhitze die auseinandergezogenen Stäbchenteile erneut und versuche sie an ihren Enden miteinander zu verschweißen. Erhitze danach die Stäbchen weiter, bis erste Zersetzung eintritt, beende dann diesen Versuchsteil. Abb. 6 Entferne das Drahtdreieck, lege eine Aluminiumplatte auf den Stativring. Schneide aus der PVC-Platte ein ca. 0 cm langes und 3 cm breites Stück aus. Lege dieses auf die erwärmte Aluminiumplatte, erhitze diese mit dem Bunsenbrenner vorsichtig weiter (Abb. 7). Drehe den PVC-Streifen mehrmals um, bis er deutlich erweicht und verformbar ist (Abb. 8). Der PVC-Streifen darf keine Zersetzung zeigen, Temperatur durch Verschieben des Stativringes entsprechend regulieren
8 Abb. 7 Abb. 8 Wickele den erweichten Streifen um die Holzwalze und schrecke sie in Eiswasser ab (Abb. 9). Schlitze das PVC-Schlauchstück an der Längsseite auf (Abb. 0). Trockne das von der Holzwalze entfernte PVC-Rohr, lege dieses und das Schlauchstück auf das Aluminiumblech und erwärme erneut vorsichtig (Abb. ). Abb. 9 Abb. 0 Abb. Entsorgung Kunststoffstäbchen in den Normalmüll entsorgen. PVC-Stücke für ähnliche Versuche wiederverwenden
9 Auswertung Auswertung Auswertung : Notiere deine Beobachtungen für Versuchsteil in allgemeiner Form. a) Polyesterharzstäbchen b) Polyethylenstäbchen zu a) Polyesterstäbchen: Das Polyesterharzstäbchen erweicht beim Erhitzen kaum, es ist nur wenig verformbar. Bei starkem Erhitzen tritt Zersetzung ohne Schmelzen ein. zu b) Polyethylenstäbchen: Das Polyethylenstäbchen erweicht, es ist verformbar und auseinanderziehbar. Die erhitzten Stäbchenenden lassen sich mit leichtem Druck wieder verschweißen
10 Auswertung 2: Notiere deine Beobachtungen für Versuchsteil 2 in allgemeiner Form. a) PVC-Streifen b) PVC-Schlauchstück zu a) PVC-Streifen: Der erwärmte PVC-Streifen lässt sich um die Holzwalze zu einem Rohr formen, das diese Gestalt nach dem Abschrecken behält. Beim Erwärmen wandelt sich das Rohr in seine ursprüngliche Form zurück. zu b) PVC-Schlauchstück: Das Schlauchstück fällt beim Erwärmen in sich zusammen, behält aber im wesentlichen seine Form
11 Fragen und Aufgaben Fragen und Aufgaben Frage : Ziehe die Schlussfolgerungen aus den Beobachtungen, ordne die Kunststoffe hierbei den Duroplasten und den Thermoplasten zu, begründe das unterschiedliche Verhalten dieser Gruppen. a) Versuchsteil : b) Versuchsteil 2: zu a) - -
12 Da die Polyesterharzstäbchen sich beim Erhitzen ohne Schmelzen und Verformbarkeit zersetzen, sind sie der Gruppe der Duroplasten zuzuordnen. Das verformbare und schmelzende Polyethylen hingegen gehört zur Gruppe der Thermoplaste, die sich auch verschweißen lassen. Thermoplaste bestehen aus fadenförmigen, nicht vernetzten Molekülen, deren intermolekulare Kräfte schwach sind, so dass sie schmelzbar und verformbar sind. Duroplaste bestehen aus vernetzten Molekülketten, den sogenannten Raumnetzmolekülen. Sie zeigen deshalb keine Verformbarkeit und Schmelzfähigkeit, sie zersetzen sich bei starkem Erhitzen. zu b) Das abgeschreckte PVC-Rohr wandelt sich beim Erwärmen in die ursprüngliche Streifenform zurück, da beim Abschrecken die Molekülketten noch die ursprüngliche Ausrichtung aufweisen, in die sie bei thermischer Beweglichkeit wieder zurückkehren. Frage 2: Warum weisen Duroplaste kein "Erinnerungsvermögen" auf? Da Duroplaste eine Raumnetzstruktur aufweisen, sind die vernetzten Ketten auch beim Erwärmen nur wenig verschiebbar. Duroplaste lassen sich also kaum aus ihrer ursprünglichen Form umwandeln
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