5.8. Polyaddition (2) - Polyurethanbildung. Aufgabe. Wie wird Polyurethan-Schaum hergestellt?

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1 Naturwissenschaften - Chemie - Polymerchemie - 5 Mechanismus der Kunststoffbildung (P ) 5.8. Polyaddition (2) - Polyurethanbildung Experiment von: Seb Gedruckt: :07:34 intertess (Version B214, Export 2000) Aufgabe Aufgabe Wie wird Polyurethan-Schaum hergestellt? Stelle einen Polyurethan-Schaumstoff her. Raum für Notizen Wenn Sie als Lehrer angemeldet sind, finden Sie nachstehend eine Schaltfläche für Zusatzinformationen

2 Zusatzinformationen Lerninhalte (Poly)hydroxyverbindungen reagieren mit (Poly)isocyanaten unter Bildung eines Polymers. Da diese Reaktion stark exotherm ist, wird durch verdampfendes Treibmittel der entstehende Kunststoff aufgeschäumt. Auch durch bei der Reaktion entstehende Gase können Schäume gebildet werden. Hinweise zu Aufbau und Durchführung Statt des hier als Treibmittel wirkenden Wassers wurden früher häufig FCKWs als Treibmittel verwendet. Da die Verwendung unter Umweltgesichtspunkten jedoch stark problematisch ist, wurden diese Treibmittel weitgehend durch weniger problematische Stoffe ersetzt. Statt der Pappbecher sind auch Joghurtbecher verwendbar

3 H- und P-Sätze PU-Schaum Komponente B H317: Verursacht schwere Hautreizungen. H319: Verursacht schwere Augenreizungen. H332: Gesundheitsschädlich bei Einatmen. H334: Kann bei Einatmen Allergie, asthmaartige Symptome oder Atembeschwerden verursachen. H335 Kann die Atemwege reizen. H351i: Kann bei Einatmen Krebs erzeugen. H373: Kann die Organe schädigen bei längerer oder wiederholter Exposition. P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P260: Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dampf/Aerosol nicht einatmen. P280: Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P302 + P352: BEI KONTAKT MIT DER HAUT: Mit viel Wasser und Seife abwaschen. P304 + P340: BEI EINATMEN: An die frische Luft bringen und in einer Position ruhigstellen, die das Atmen erleichtert. P305 + P351 + P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten behutsam mit Wasser spülen. Vorhandene Kontaktlinsen entfernen. Weiter spülen. P308 + P313: BEI Exposition oder falls betroffen: Ärztlichen Rat einholen/ärtzliche Hilfe hinzuziehen. P501: Inhalt/Behälter einer anerkannten Entsorgungsanlage zuführen. Anmerkungen zu den Schülerversuchen Es ist zu empfehlen, unter die Pappbecher Papierbögen zu legen, da der Urethanschaum über den Rand der Becher hinaussteigen kann. Gefahren Die PU-Schaum Komponente B ist gesundheitsschädlich und wirkt reizend auf die Augen, Atmungsorgane und die Haut! Nicht in Kontakt mit der Haut bringen, Schutzbrille tragen! Hinweise Der Reaktionsverlauf ist relativ komplex, kann aber in der angegebenen Form vereinfacht dargestellt werden. Als Treibmittel wirkt nur zum Teil verdampfendes Wasser, die wesentliche Komponente ist Kohlenstoffdioxid, das bei der Reaktion des Wasser mit Isocyanatgruppen entsteht. Methodische Bemerkungen Die vereinfachte Reaktionsdarstellung reicht als Polyadditionsbeispiel aus, sie kann jedoch in einem Kurs der SEK II auch an den realen Edukten formuliert werden. Bei - 3 -

4 der Diskussion der Rolle des Treibmittels kann die FCKW-Problematik thematisiert werden. Entsorgung Polyurethan vollständig durchreagieren lassen und danach in den Normalmüll entsorgen

5 Material Material Material aus "TESS Chemie Set Polymerchemie" (Bestellnr ) Position 1 Material Spritzflasche, 250 ml, Kunststoff Bestellnr Menge 1 2 Gummihandschuhe Größe S (7) Schutzbrille, farblose Scheiben Glasrührstab, Boro 3.3, l = 200 mm, d = 6 mm Chemikalien, Hilfsmaterial Position Material Wasser, destilliert, 5 l Bestellnr Menge Pappbecher 580 ml, 5 Stück (2) PU-Schaum-Komponenten A + B, je 500 ml Für das Experiment benötigte Materialien - 5 -

6 Durchführung Durchführung Gefahren Die PU-Schaum Komponente B ist gesundheitsschädlich und wirkt reizend auf die Augen, Atmungsorgane und die Haut! Nicht in Kontakt mit der Haut bringen, Schutzbrille tragen! Ablauf Gib in einen Pappbecher etwa 50 g der PU-Schaum Komponente A, füge etwa 5 ml dest. Wasser hinzu (Abb. 1) und rühre um (Abb. 2), stelle ihn auf eine Papierunterlage (Zeitung / Blatt Papier). Abb. 1 Abb. 2 Fülle den zweiten Pappbecher mit etwa 50 g der PU-Schaum Komponente B. Gib den Inhalt des zweiten Bechers zu dem Gemisch in Pappbecher 1 (Abb. 3), rühre mit dem Glasstab solange um, bis eine Reaktion einsetzt (Abb. 4). Abb. 3 Abb

7 Entsorgung Polyurethan vollständig durchreagieren lassen und danach in den Normalmüll entsorgen

8 Auswertung Auswertung Auswertung 1: Notiere Deine Beobachtungen in allgemeiner Form. Nach kurzer Zeit schäumt das Gemisch auf und steigt nach oben, hierbei erwärmt es sich stark, es bilden sich Dämpfe. Der entstehende Feststoff ist anfangs weich-klebrig, er härtet nach einiger Zeit aus. Es entsteht ein bräunlicher, feinporiger Feststoff

9 Fragen und Aufgaben Fragen und Aufgaben Frage 1: Ziehe die Schlussfolgerungen aus den Beobachtungen. Die beiden Komponenten reagieren miteinander unter Bildung eines Kunststoffes, diese Reaktion verläuft exotherm. Ein Teil des Wassers verdampft, es bilden sich Gase. Frage 2: Die Edukte weisen (vereinfacht) folgende Struktur auf: Zeige anhand dieser Strukturformel, welche Reaktion formal abgelaufen sein könnte

10 Ablaufende Reaktion (vereinfacht): Die N=C=O-Gruppe des Isocyanats reagiert unter Wasserstoffumlagerung mit den Hydroxygruppen des Polyesters. Da mehrere funktionelle Gruppen vorhanden sind, bildet sich nicht nur eine fortlaufende Kette, sondern es kann sich ein Netz ausbilden. Frage 3: Zu welchem Reaktionstyp ist diese Reaktion zu zählen? Wie ist die Schaumbildung zu erklären?

11 Da sich bei dieser Reaktion Monomere unter Wasserstoffumlagerung verbinden, handelt es sich um eine Polyaddtion. Das Polymer schäumt bei der Reaktion auf, weil durch die freiwerdende Wärme Wasser verdampft oder Gase freigesetzt werden, die das Produkt nach oben treiben (Treibgas)