Polyaddition

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Polyaddition wird auch Additionspolymerisation genannt und gehört zu den Polyreaktionen. Mit Hilfe dieser werden Kunststoffe bzw. Polymere hergestellt. Untergeordnet wird dieses Thema dem Fach Chemie

Was es genau mit Polyadditon auf sich hat, erklären wir dir ausführlich und anhand von Beispielen in diesem Artikel. 


Viel Spaß beim Lernen!



Polyaddition, was ist das überhaupt?


Das Reaktionsverfahren verläuft genau wie die Polykondensation in Stufen. Allerdings unterscheiden sie sich dahingehend, dass bei der Polyaddition keine Nebenprodukte abgespalten werden. Hierbei beschreiben die Monomere 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.


Das Verfahren 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


Die Herstellung von Polyurethan


Die Ausgangsstoffe für die Reaktion sind Dialkohole und Diisocyanate. Die Bezeichnung „Di“ vor den Alkoholen und Isocyanaten weist auf die Mehrwertigkeit hin. 


Damit es zu einer Reaktion kommt, benötigt man Katalysatoren wie zum Beispiel 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.


Quelle: maschinenbau-wissen.de


Abhängig von der Anzahl der funktionellen Gruppen können entweder lineare oder miteinander vernetzte Makromoleküle entstehen. Deshalb kann Polyurethan als alle drei Polymergruppen hergestellt werden:


  • ElastomerDuroplastThermoplast



Beispiele für die Verwendung von Polyurethan


Da sie alle drei Polymergruppen repräsentieren, sind sie genau so vielfältig einsetzbar, z.B. als:

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


Die Herstellung von Epoxidharzen


Für die Herstellung von Epoxidharzen werden folgende Ausgangsstoffe benötigt:

In der Regel wird der Großteil durch 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 äußerst gut verarbeiten. Das funktioniert aufgrund ihrer Zähflüssigkeit.



Quelle: chemgapedia.de



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



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 beziehungsweise ein artverwandter Stoff. Das notwendige Diamin lässt sich in der Reaktion durch eine bestimmte Menge Wasser optimieren. Das wiederum heißt, dass das Diisocyanat mit dem Diamin regiert und nicht umgekehrt. Das entstandene Polymer weist eine ähnliche Struktur wie der Harnstoff auf.


Quelle: fu-berlin.de



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. Eingesetzt werden sie in folgenden Bereichen:

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


Polyaddition - Alles Wichtige auf einen Blick


  • 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

Falls du den Artikel spannend findest, schau doch gerne noch bei unseren anderen Themen vorbei. Mit Sicherheit wirst du etwas Interessantes finden!





Finales Polyaddition Quiz

Frage

Nenne die drei wichtigsten Synthesemechanismen von Kunststoffen.

Antwort anzeigen

Antwort

  • Radikalische Polymerisation
  • Polykondensation
  • Polyaddition
Frage anzeigen

Frage

Nenne die vier wesentlichen Schritte der radikalischen Polymerisation.

Antwort anzeigen

Antwort

  1. Bildung der Start-Radikale: Dibenzoylperoxid zerfällt in Radikale
  2. Kettenstart (Initiation): Ein Radikal trifft auf ein Monomer (z.B. Ethen-Molekül) und reagiert zu einem neuen (größeren) Radikal
  3. Kettenwachstum: Das Radikal greift ein weiteres Monomer an und die Kette wird verlängert
  4. Kettenabbruch: Zwei Radikale treffen aufeinander
Frage anzeigen

Frage

Beschreibe die Kunststoffsynthese durch Polykondensation.

Antwort anzeigen

Antwort

Bei der Polykondensation werden Monomer-Moleküle mit mind. zwei reagierenden funktionellen Gruppen unter Abspaltung eines kleinen Moleküls (z. B. Wasser) miteinander verknüpft.

Frage anzeigen

Frage

Wie entsteht ein Polyester? Benenne die funktionellen Gruppen der Monomere.

Antwort anzeigen

Antwort

Eine Hydroxygruppe reagiert mit einer Carboxylgruppe unter Wasserabspaltung zu einem Ester. 

Frage anzeigen

Frage

Wie entsteht ein Polyamid? Benenne die funktionellen Gruppen der Monomere.

Antwort anzeigen

Antwort

Eine Carboxylgruppe reagiert mit einer Aminogruppe unter Wasserabspaltung und Ausbildung einer Amidbindung.

Frage anzeigen

Frage

Wie entsteht ein Phenoplast?

Antwort anzeigen

Antwort

Phenoplaste entstehen durch Polykondensation einer Carbonylverbindung (meist Methanal) mit Phenolen.

Frage anzeigen

Frage

Aus welchen Edukten entsteht ein Polyurethan?

Antwort anzeigen

Antwort

Diol + Diisocyanat = Polyurethan

Frage anzeigen

Frage

Aus welchen Edukten entsteht ein Polyharnstoff?

Antwort anzeigen

Antwort

Diamin + Diisocyanat = Polyharnstoff

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Thermoplasts?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Bifunktional
  • Gemisch nicht miteinander verbundener Makromoleküle (linear)
  • Beim Erhitzen verformbar
Frage anzeigen

Frage

Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Duroplasts?

Antwort anzeigen

Antwort

  • min. trifunktional
  • Verknüpfung der Molekülketten zu dreidimensionalem Netzwerk
  • Beim Erhitzen: Zersetzung
Frage anzeigen

Frage

Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Elastomers?

Antwort anzeigen

Antwort

Ähneln im molekularen Aufbau Duroplasten, aber die Ketten sind nicht starr, sondern etwas beweglich

Bei Zug- bzw. Druckbelastungen verhalten sie sich elastisch: Sie kehren in ihre ursprüngliche Form zurück.

Frage anzeigen

Frage

Nenne die drei wichtigsten Synthesemechanismen von Kunststoffen.

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Antwort

  • Radikalische Polymerisation
  • Polykondensation
  • Polyaddition
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Frage

Nenne die vier wesentlichen Schritte der radikalischen Polymerisation.

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Antwort

  1. Bildung der Start-Radikale: Dibenzoylperoxid zerfällt in Radikale
  2. Kettenstart (Initiation): Ein Radikal trifft auf ein Monomer (z.B. Ethen-Molekül) und reagiert zu einem neuen (größeren) Radikal
  3. Kettenwachstum: Das Radikal greift ein weiteres Monomer an und die Kette wird verlängert
  4. Kettenabbruch: Zwei Radikale treffen aufeinander
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Frage

Beschreibe die Kunststoffsynthese durch Polykondensation.

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Antwort

Bei der Polykondensation werden Monomer-Moleküle mit mind. zwei reagierenden funktionellen Gruppen unter Abspaltung eines kleinen Moleküls (z. B. Wasser) miteinander verknüpft.

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Frage

Wie entsteht ein Polyester? Benenne die funktionellen Gruppen der Monomere.

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Antwort

Eine Hydroxygruppe reagiert mit einer Carboxylgruppe unter Wasserabspaltung zu einem Ester. 

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Frage

Wie entsteht ein Polyamid? Benenne die funktionellen Gruppen der Monomere.

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Eine Carboxylgruppe reagiert mit einer Aminogruppe unter Wasserabspaltung und Ausbildung einer Amidbindung.

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Frage

Wie entsteht ein Phenoplast?

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Antwort

Phenoplaste entstehen durch Polykondensation einer Carbonylverbindung (meist Methanal) mit Phenolen.

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Frage

Aus welchen Edukten entsteht ein Polyurethan?

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Antwort

Diol + Diisocyanat = Polyurethan

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Frage

Aus welchen Edukten entsteht ein Polyharnstoff?

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Antwort

Diamin + Diisocyanat = Polyharnstoff

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Frage

Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Thermoplasts?

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Antwort

  • Bifunktional
  • Gemisch nicht miteinander verbundener Makromoleküle (linear)
  • Beim Erhitzen verformbar
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Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Duroplasts?

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Antwort

  • min. trifunktional
  • Verknüpfung der Molekülketten zu dreidimensionalem Netzwerk
  • Beim Erhitzen: Zersetzung
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Frage

Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Elastomers?

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Antwort

Ähneln im molekularen Aufbau Duroplasten, aber die Ketten sind nicht starr, sondern etwas beweglich

Bei Zug- bzw. Druckbelastungen verhalten sie sich elastisch: Sie kehren in ihre ursprüngliche Form zurück.

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Nenne die drei wichtigsten Synthesemechanismen von Kunststoffen.

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Antwort

  • Radikalische Polymerisation
  • Polykondensation
  • Polyaddition
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Nenne die vier wesentlichen Schritte der radikalischen Polymerisation.

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  1. Bildung der Start-Radikale: Dibenzoylperoxid zerfällt in Radikale
  2. Kettenstart (Initiation): Ein Radikal trifft auf ein Monomer (z.B. Ethen-Molekül) und reagiert zu einem neuen (größeren) Radikal
  3. Kettenwachstum: Das Radikal greift ein weiteres Monomer an und die Kette wird verlängert
  4. Kettenabbruch: Zwei Radikale treffen aufeinander
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Beschreibe die Kunststoffsynthese durch Polykondensation.

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Bei der Polykondensation werden Monomer-Moleküle mit mind. zwei reagierenden funktionellen Gruppen unter Abspaltung eines kleinen Moleküls (z. B. Wasser) miteinander verknüpft.

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Wie entsteht ein Polyester? Benenne die funktionellen Gruppen der Monomere.

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Eine Hydroxygruppe reagiert mit einer Carboxylgruppe unter Wasserabspaltung zu einem Ester. 

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Wie entsteht ein Polyamid? Benenne die funktionellen Gruppen der Monomere.

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Eine Carboxylgruppe reagiert mit einer Aminogruppe unter Wasserabspaltung und Ausbildung einer Amidbindung.

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Wie entsteht ein Phenoplast?

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Phenoplaste entstehen durch Polykondensation einer Carbonylverbindung (meist Methanal) mit Phenolen.

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Aus welchen Edukten entsteht ein Polyurethan?

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Diol + Diisocyanat = Polyurethan

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Aus welchen Edukten entsteht ein Polyharnstoff?

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Diamin + Diisocyanat = Polyharnstoff

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Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Thermoplasts?

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  • Bifunktional
  • Gemisch nicht miteinander verbundener Makromoleküle (linear)
  • Beim Erhitzen verformbar
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Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Duroplasts?

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  • min. trifunktional
  • Verknüpfung der Molekülketten zu dreidimensionalem Netzwerk
  • Beim Erhitzen: Zersetzung
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Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Elastomers?

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Ähneln im molekularen Aufbau Duroplasten, aber die Ketten sind nicht starr, sondern etwas beweglich

Bei Zug- bzw. Druckbelastungen verhalten sie sich elastisch: Sie kehren in ihre ursprüngliche Form zurück.

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Nenne die drei wichtigsten Synthesemechanismen von Kunststoffen.

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  • Radikalische Polymerisation
  • Polykondensation
  • Polyaddition
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Nenne die vier wesentlichen Schritte der radikalischen Polymerisation.

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Antwort

  1. Bildung der Start-Radikale: Dibenzoylperoxid zerfällt in Radikale
  2. Kettenstart (Initiation): Ein Radikal trifft auf ein Monomer (z.B. Ethen-Molekül) und reagiert zu einem neuen (größeren) Radikal
  3. Kettenwachstum: Das Radikal greift ein weiteres Monomer an und die Kette wird verlängert
  4. Kettenabbruch: Zwei Radikale treffen aufeinander
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Frage

Beschreibe die Kunststoffsynthese durch Polykondensation.

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Antwort

Bei der Polykondensation werden Monomer-Moleküle mit mind. zwei reagierenden funktionellen Gruppen unter Abspaltung eines kleinen Moleküls (z. B. Wasser) miteinander verknüpft.

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Wie entsteht ein Polyester? Benenne die funktionellen Gruppen der Monomere.

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Eine Hydroxygruppe reagiert mit einer Carboxylgruppe unter Wasserabspaltung zu einem Ester. 

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Wie entsteht ein Polyamid? Benenne die funktionellen Gruppen der Monomere.

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Eine Carboxylgruppe reagiert mit einer Aminogruppe unter Wasserabspaltung und Ausbildung einer Amidbindung.

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Wie entsteht ein Phenoplast?

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Phenoplaste entstehen durch Polykondensation einer Carbonylverbindung (meist Methanal) mit Phenolen.

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Aus welchen Edukten entsteht ein Polyurethan?

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Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Thermoplasts?

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  • Bifunktional
  • Gemisch nicht miteinander verbundener Makromoleküle (linear)
  • Beim Erhitzen verformbar
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Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Duroplasts?

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  • min. trifunktional
  • Verknüpfung der Molekülketten zu dreidimensionalem Netzwerk
  • Beim Erhitzen: Zersetzung
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Ähneln im molekularen Aufbau Duroplasten, aber die Ketten sind nicht starr, sondern etwas beweglich

Bei Zug- bzw. Druckbelastungen verhalten sie sich elastisch: Sie kehren in ihre ursprüngliche Form zurück.

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