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Polyaddition

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Polyaddition

Plastik, im chemischen Jargon Polymere genannt, kennst Du aus dem Alltag, egal ob in Plastikflaschen oder an Deinem Handy. Um diese Polymere für die weitere Verarbeitung herzustellen, kann man die Polyaddition nutzen.

Allgemeines über die Polyaddition

Die Polyaddition, auch Additionspolymerisation genannt, verbindet mehrere Monomere zu Polymeren und gehört zu den Polyreaktionen. Mithilfe dieser werden Kunststoffe, genauer gesagt Polymere hergestellt.

Die Polyaddition ist eine von zwei Arten der Polymerisation. Sie verläuft in Stufen und bindet Monomere mithilfe von Doppelbindungen (meist C=O) aneinander.

Das zweite Reaktionsverfahren der Polymerisation, die Polykondensation, verläuft genau wie die Polyaddition in Stufen. Allerdings unterscheiden sie sich dahin gehend, dass bei der Polyaddition keine Nebenprodukte abgespalten werden.

Also beschreiben die Monomere bei der Polyaddition den Ausgangsstoff. Sie sind sich immer wiederholende Bausteine. Diese werden nach der Reaktion zu Polymeren, also Kunststoff. Bei der Additionspolymerisation reagieren die Monomere miteinander, indem sich Atome und Elektronenpaare verschieben.

Wenn Du Dich auch über die Polykondensation informieren willst, schau in der Erklärung der Polykondensation vorbei!

Die wichtigsten Produkte der Polyaddition

Die Polyreaktion wird für die Herstellung verschiedenster Kunststoffe genutzt. Zu den drei wichtigsten gehören:

Von diesen dreien ist die Herstellung von Polyurethanen die Wichtigste. In der Regel reagieren zwei Stoffe miteinander: je nach Anzahl können dabei entweder lineare oder miteinander vernetzte Makromoleküle entstehen.

Reaktionsmöglichkeiten der Polyaddition

Generell gibt es bei dieser Reaktion drei verschiedene Fälle, zwischen denen unterschieden werden muss:

  1. Eine Verknüpfung der Monomere mit mindestens zwei gleichartigen funktionellen Gruppen.Das heißt: Reaktionstyp AA → AA
  2. Monomere, von mindestens zwei unterschiedlichen funktionellen Gruppen, verknüpfen sich.Das sieht wie folgt aus: Reaktionstyp AB → AB
  3. Eine Verknüpfung von zwei unterschiedlichen Monomeren, die aus mindestens zwei gleichartigen funktionellen Gruppen bestehen.Das heißt: Reaktionstyp AA + BB → AABB

Funktionelle Gruppen sind einzelne Gruppen von Atomzusammensetzungen in organischen Verbindungen, die das ursprüngliche Molekül in Bereichen der Stoffeigenschaften und des Reaktionsverhaltens enorm verändern können. Die Gruppen, in die die funktionellen Gruppen eingeteilt sind, werden Stoffklassen genannt.

Die Herstellung von Polyurethan

Die Ausgangsstoffe für die Reaktion sind Dialkohole und Diisocyanate. Die Bezeichnung „Di“ vor den Alkoholen und Isocyanaten weist darauf hin, dass mehrere der funktionellen Gruppen im Molekül beinhaltet sind. Das nennt man auch Mehrwertigkeit.

Damit es zu einer Reaktion kommt, benötigt man Katalysatoren, wie DABCO. Ist die Reaktion erst einmal in Gang gesetzt, addieren sich die Isocyanate mit den Alkoholen zu Makromolekülketten auf. Das geht so lange, bis Polyurethan entstanden ist.

Als Katalysator wird in der Chemie ein Stoff bezeichnet, der die Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion beeinflusst, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Der Katalysator liegt also nach der Reaktion unverändert vor.

Abhängig von der Anzahl der funktionellen Gruppen im Molekül können entweder lineare oder miteinander vernetzte Makromoleküle entstehen.

Deshalb kann Polyurethan als alle drei Polymergruppen hergestellt werden:

Wenn Du mehr über die Elastomere, Duroplasten und Thermoplasten herausfinden möchtest, dann schau einfach in die Erklärung Polymere!

Da sie alle drei Polymergruppen repräsentieren, sind sie ebenso vielfältig einsetzbar, zum Beispiel als:

  • Klebemittel
  • Harte Lacke
  • Schaumstoffe
  • Dämmmaterial
  • Wärme- und Schallisolierung
  • Polstermöbel

Die Herstellung von Epoxidharzen

Für die Herstellung von Epoxidharzen werden folgende Ausgangsstoffe benötigt:

ODER

  • Carbonsäuren

In der Regel wird der Großteil durch die Stoffe Dipropan und Epichlorhydrin hergestellt. Zunächst werden diese zu langkettigen Bis-Epoxiden verbunden. Durch die Zugabe von Aminosäure oder Carbonsäure entsteht eine Additionsreaktion. Dabei vernetzen sich die Substanzen und werden gehärtet. Solange Epoxidharze noch nicht ausgehärtet sind, lassen sie sich jedoch ausgezeichnet verarbeiten. Das funktioniert aufgrund ihrer Zähflüssigkeit. Nach ungefähr 16 Stunden Ruhen sind Epoxidharze dann ausgehärtet und stabil.

Verwendung von Epoxidharzen

Da diese Stoffe besonders gut auf Metallen und Keramik haften, werden sie hauptsächlich in diesem Bereich eingesetzt:

  • Klebstoffe
  • Anstrichstoffe
  • Verstärkung von Glasfaser und Carbonfaser -> Bootsbau
  • Bodenbelag

Die Herstellung von Polyharnstoffen

Für die Herstellung dieses Kunststoffes wird nicht, wie sich vermuten lässt, der Harnstoff verwendet. Sondern als Basis werden Diisocyanat und Diamin eingesetzt. Das Diamin ist der Harnstoff, genauer gesagt ein artverwandter Stoff. Das notwendige Diamin lässt sich in der Reaktion durch eine bestimmte Menge Wasser optimieren, was wiederum heißt, dass das Diisocyanat mit dem Diamin regiert und nicht umgekehrt. Das entstandene Polymer weist eine ähnliche Struktur wie der Harnstoff auf.

Verwendung von Polyharnstoffen

Polyharnstoffe sind auch bekannt als Polyurea. Ihre Eigenschaften sind, dass sie beständig gegenüber Lösungsmitteln sind sowie Chemikalien. Des Weiteren sind sie kratzfest und weisen einen Oberflächenglanz auf. Weil es sich beim Polyharnstoff um ein Elastomer handelt, ist dies ebenfalls leicht dehnbar, jedoch trotzdem reißfest durch die verzweigte Struktur.

Eingesetzt werden sie in folgenden Bereichen:

  • Harte und flexible Schaumstoffe
  • Elektroinstallationsartikel
  • Stecker
  • Schalter
  • Steckdosen

Polyaddition - Das Wichtigste

  • Dient der Herstellung von Kunststoffen
  • Monomere reagieren miteinander und werden zu Kunststoff
  • Verläuft in Stufen
  • Es gibt drei Reaktionsmöglichkeiten
  • Die drei wichtigsten Kunststoffe: Polyurethan, Polyharnstoffe und Epoxidharze

Nachweise

  1. maschinenbau-wissen.de: Polyaddition - Entstehungsreaktion von Kunststoff (07.09.2022)
  2. u-helmich.de: Polyaddition (11.09.2022)

Häufig gestellte Fragen zum Thema Polyaddition

In der Industrie wird die Polyaddition mit mindestens zwei Stoffen durchgeführt, die so reagieren, dass dabei mehrere Monomere zu einem Polymer zusammengefügt werden.

Beispiele für Kunststoffe, die durch die Polyaddition entstehen sind:


Je nachdem welche Produkte man bekommen möchte, benutzt man entweder die Polyaddition oder die Polykondensation. Allerdings unterscheiden sie sich dahin gehend, dass bei der Polyaddition keine Nebenprodukte abgespalten werden. 


Polymere, die durch Polykondensation entstehen, sind Polyamide, Polyester, Polycarbonate, Aminoplaste und Polysulfide.


Polymere, die durch Polyaddition entstehen, sind Polyurethan, Polyharnstoffe und Epoxidharze.

Die Ausgangsstoffe für die Reaktion sind Dialkohole und Diisocyanate. Damit es zu einer Reaktion kommt, benötigt man Katalysatoren, wie DABCO. Ist die Reaktion erst einmal in Gang gesetzt, addieren sich die Isocyanate mit den Alkoholen zu Makromolekülketten auf. Das geht so lange, bis Polyurethan entstanden ist.

Finales Polyaddition Quiz

Frage

Welche Stoffe können mithilfe der Polyaddition hergestellt werden? 

Antwort anzeigen

Antwort

Zu den wichtigsten Stoffen gehören: 

  • Polyurethan
  • Polyharnstoffe
  • Epoxidharz

Frage anzeigen

Frage

Was beschreibt der Reaktionstyp AA-AA?

Antwort anzeigen

Antwort

Bei dieser Reaktion werden zwei monomere mit mindestens zwei gleichartigen, funktionellen Gruppen verknüpft. 

Frage anzeigen

Frage

Welche Monomere beschreibt der Reaktionstyp AB-AB?

Antwort anzeigen

Antwort

Bei dieser Reaktion reagieren Monomere mit zwei unterschiedlichen, funktionellen Gruppen miteinander. 

Frage anzeigen

Frage

Was beschreibt der Reaktionstyp AA+BB-AABB?

Antwort anzeigen

Antwort

Bei dieser Reaktion verknüpfen sich zwei unterschiedliche Monomere, die aber mindestens zwei gleiche funktionelle Gruppen besitzen. 

Frage anzeigen

Frage

Die Ausgangstoffe für die Herstellung von Polyurethan sind (1) ..... und (2) .....

Antwort anzeigen

Antwort

(1) Dialkhole

(2) Diisocyanate

Frage anzeigen

Frage

Welcher Katalysator wirkt für die Herstellung von Polyurethan durch Polyaddition? 

Antwort anzeigen

Antwort

Die Polyaddition erfolgt mit DABCO als Katalysator. 

Frage anzeigen

Frage

Nenne Beispiele, wie Polyurethan nach der Polyaddition eingesetzt werden kann. 

Antwort anzeigen

Antwort

  • Klebemittel
  • Hartlack
  • Schaumstoff
  • Dämmmaterial
  • Isolation
  • Polstermöbel

Frage anzeigen

Frage

Für die Herstellung von Epoxdidharzen benötigt man (1) ..... und (2) ..... ODER (3) .....

Antwort anzeigen

Antwort

(1) Alkohole

(2) Aminosäuren 

(3) Carbonsäuren

Frage anzeigen

Frage

Welche zwei Stoffe werden für die Herstellung von Polyharnstoffen benötigt? 

Antwort anzeigen

Antwort

Diisocyanat und Diamin

Frage anzeigen

Frage

Zeichne die Reaktionsgleichung mit Strukturformel für eine Polyaddition eines Polyharnstoffs.

Antwort anzeigen

Antwort

Frage anzeigen

Frage

Unter welchem Namen sind Polyharnstoffe noch bekannt? 

Antwort anzeigen

Antwort

Polyurea

Frage anzeigen

Frage

Wo können Polyharnstoffe eingesetzt werden?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Schaumstoffe
  • Elektroinstallationsartikel
  • Stecker
  • Schalter
  • Steckdosen

Frage anzeigen

Frage

Nenne drei Bereiche, in denen Epoxidharze verwendet werden!

Antwort anzeigen

Antwort

  • Klebstoff
  • Anstrichstoff
  • Verstärker von Glasfasern und Carbonfasern

Frage anzeigen

Frage

Zeichne die Reaktionsgleichung mit den Strukturformeln für die Polyaddition von Epoxidharzen. 

Antwort anzeigen

Antwort

Frage anzeigen

Frage

​Wie verläuft die Polyaddition von Polyurethan?

Antwort anzeigen

Antwort

exotherm 

Frage anzeigen

Frage

Was ist eine Polyaddition?

Antwort anzeigen

Antwort

Eine Polyaddition beschreibt eine Reaktion, bei der verschiedene Monomere zu einem Polymer zusammengefügt werden. Die entstehenden Polymere nennt man auch Kunststoffe. 

Frage anzeigen

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