Biopolymere an der TU Berlin | Karteikarten & Zusammenfassungen

Lernmaterialien für Biopolymere an der TU Berlin

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16. Nennen Sie Cellulosepolymere.

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Celluloseacetat (CA) 

Callulosepropionat (CP)

Cellulosebutrytat (CB)

- aus Holz und Faserpflanzen oder fermentativ gewinnbar

- feste pflanzliche Cellulose bildet ein mikrokristallines Gefüge, in dem kristalline Bereiche mit hohem Ordnungsgrad mit amorphen Bereichen abwechseln

- kristallinen Bereiche der Cellulose sind polymorph je nach Herstellungsbedingungen kristallisieren sie in verschiedenen Kristallstrukturen

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17. Was sind Celluloseregenerate und Cellulosederivate?

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Celluloseregenerate: (Viskose, Zellglas, Cellophan, Cellulosehydrat, Hydratcellulose etc.)   - überwiegend als Faser oder als Folie

- chemisch gelöste und wieder neu in Form von Fasern oder Folien zusammengesetzte Cellulose

Cellulosederivate:

- Celluloseether und Celluloseester

- Celluloseether:  überwiegend durch Veretherung mit Alkoholen erzeugten Celluloseether dienen hauptsächlich als Additive zur Viskositätsstabilisierung oder als Wasserbinder in Baustoffen, Klebstoffen, Kosmetika, Waschmittel, Farben, Bohrflüssigkeiten oder Papierindustrie

- Celluloseester: thermoplastische Formmassen, oft Mischpolymerisate, erhebliche Mengen (3 – 35 Gew.-%) an Weichmachern erforderlich

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18. Was ist Lignin? Welche Eigenschaften besitzt es?

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-Dreidmensionalvernetztes Makromolekül, das in der Regel aus drei verschiedenen einwertigen Alkoholen, den sogenannten Lignolenaufgebaut ist.


  • -Anwendung oft als formbares Bindemittel fürnaturfaserverstärkte Polymere oder auch fürdie Spanplattenherstellung
  • -je nach Aufschlussverfahren sind die Eigenschaften des herausgelösten Lignins verschieden
  • Lignin ist sehr fest bis spröde und hell- bis dunkelbraun gefärbt. Es ist optisch isotrop, UV-Licht wird von dem Material fast vollständig absorbiert, sichtbares Licht zum Teil.
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19. Nennen Sie pflanzenölbasierende Polymere. Wie ist der allgemeine Aufbau?

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 -Pflanzenöle können zur Erzeugung verschiedener Kunststoffe wie Polyester,

Polyether oder Polyamiden sowie auch vernetzter Kunststoffe wie Polyurethan eingesetzt werden

-Bei Pflanzenölen handelt es sich um Triglycerideauf Basis unterschiedlicher Fettsäuren

Die bestgeeigneten Pflanzenöle zur Polymererzeugung sind die mit einem

hohen Anteil ungesättigter Verbindungen, allylischenC-Atomen und Estergruppen

 

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20. Was ist Chitin und Chitosan?

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Aminozuckerhaltige Polysaccharide aus tierischen Organismen. 

Chitosan ist ein Biopolymer, ein natürlich vorkommendes Polyaminosaccharid, welches sich vom Chitin ableitet.

-oft in hochgradig geordnete fibrillärenStrukturen, meist im Verbund mit Proteinenodermineralischen Verbindungen

-weist eine teilkristalline Struktur auf und übt bei verschiedenen wirbellosen Tieren auch eine Stützfunktion wie die Cellulose bei Pflanzen aus

-Außenskelette der Arthropoden (Krebse, Insekten, Spinnen,usw.) sind aus Chitin aufgebaut. 

-Chitosan ist wie Chitin bioabbaubar, biokompatibel und hat eine antibakterielle Wirkung

 

-Im Gegensatz zum Chitin ist Chitosan bereits in schwachen Säuren löslich.

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2. Nennen Sie Beispiele für 

- abbaubare erdölbasierende Polymere

- abbaubare biobasierte Polymere

- Native und modifizierte native Polymere

- Polymerblends 

- nicht abbaubare Biopolymere

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- abbaubare erdölbasierende Polymere

PE; Polyvinylalkohol; Polycaprolactone (PCL)

- abbaubare biobasierte Polymere

Polylactid (PLA); Polyhydroxybutyrat (PHB); Lignin-basierende Thermoplaste

- Native und modifizierte native Polymere

Cellulosederivate:      R= Methyl, Ethyl, Acetyl, Propionyl, Hydroxymethyl, Carboxymethyl

 

Thermoplastische Stärke: 20–30 % aus Amylose, linearen Ketten mit helikaler (Schrauben-)Struktur 70–80 % aus Amylopektin, stark verzweigten Strukturen

- Polymerblends

oft mit Additiven für bessere Haftung untereinander und andere spezifische Eigenschaften

PLA-Polyesterblends: Handelsname Ecovio von BASF - Folienwerkstoff, bei dem derPLA-Anteil etwas geringer ist als der Polyesteranteil - Durch variierende Blendkomponenten und einen variablen Anteil der verschiedenen Blendkomponenten sowie weiterer möglicher Werkstoffkomponenten sind die Eigenschaften der PLA-Polyesterblends sehr variabel - Hinzu kommen die variablen Eigenschaften des PLAs selbst

- nicht abbaubare Biopolymere

- Erzeugung „konventioneller“ Polyolefine wie Polyethylen oder auch Polypropylen auf Basis erneuerbarer Rohstoffe durch spezifische Syntheseschritte

- Irreversible Quervernetzung von biobasierenden Polymeren über spezifische funktionelle Gruppen

- z.B. hochsubstituierte Celluloseacetate, vulkanisierter Kautschuk, Casein-Kunststoffe, Linoleum

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3. Warum sind Biopolymere abbaubar?

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Der Abbau erfolgt im Wesentlichen durch Oxidations- und Hydrolyseprozesse zu den Spaltprodukten Wasser, Kohlendioxid oder Methan und Biomasse.

Biologische Abbaubarkeit basiert in der Regel auf Vorhandensein von Heteroatomen (kein Kohlenstoff).

Das führt zur Spaltung der Ketten und Primärabbau wird induziert.

Endabbau erfolgt durch inteazelluläre Stoffwechselreaktion von Miktoorganismen. 

Kompostierbarkeit sagt aus ob ein Werkstoff unter def. Bed. in einem Kompostierungssystem innerhalb einer vorgg Zeitspanne vollständig zu CO2, H2O und biomasse umgewandelt werden kann. 



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24. Nennen Sie Beispiele für erdölbasierende Biopolymere.

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Polyvinylalkohole (PVAL), Polycaprolactone (PCL), Polyester

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23. Was sind Biopolymerblends? Wie müssen sie beschaffen sein, um thermoplastisch verarbeitet werden zu können?

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Je nach Anwendung werden unmodifizierte Roh-Biopolymere mit anderen Roh-Biopolymeren vermischt (geblendet), um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen.

-Durch Blending sind in den letzten Jahren eine Vielzahl neuer Biopolymertypen mit deutlich verbesserten Eigenschaftsprofilen entstanden

-derzeit werden bevorzugt Zweiphasenblends erzeugt, d. h. es werden zwei unterschiedliche Biopolymere gemischt

-Die meisten Biopolymerblends basieren auf thermoplastischer Stärke, die durch Zugabe anderer Biopolymere wie Celluloseacetat, Polycaprolactonoder anderer Polyester hydrophobiert wird und eine deutlich höhere Zughigkeit aufweist

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10. Wie wird Polylactid hergestellt?

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Von Stärke bzw. Zucker erhaltet man die Milchsäure durch Fermentation, dann wird Lactid synthesiert, von Lactid wird durch Polymerisation PLA bekommen, dann werden Vlends und/oder Additive zugegeben so erhaltet man PLA Werkstoff und durch Verarbeitung bekommt man Produkt. 

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4. Welche Typen von Hilfsstoffen / Additiven kennen Sie? Nennen Sie Beispiele.

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Die Hilfstoffe müssen vollständig inert od kompostierbar sein. Für viele Additive gibt es zudem Mengebegrenzungen.

2 Gruppen: Füllstoffe (Anorg. - Aluminiumsilikate, Calciumcarbonat, eisenoxid, Gips; Org. - Nicht modifizierte native Cellulosen, Stärke, Pflanzenfasern, Holzfasern) und Verarbeitungshilfstdoffe (max. 10 Gew% - Glycerinmonosteart, Paraffine, Polyethylenglykol, nat. Wachse; max. 49 Gew% - Glycerin, Xylit, Sorbit).


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5. Nennen Sie einige Herstellungswege von Biopolymeren.

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1. Chem Synthese petrochemischer Rohstoffe (Polyester, Polyesteramide, Polycaprolacton, Polyesterurethane)

2. Chem Synthese biotechnologisch hergestellter Polymerrohstoffe (Polylactide, Bio-Polyethylen, Bio-Polyester)

3. Direkte Biosynthese der Poly (Polyhydroxybutyrat PHB, Polyhydroxyalkanoate PHA)

4. Modifizuerung von molekularen nachwachsenden Rohstoffen (Calluloseregenerate, Derivate der Stärke)

5. Mischung/Blends (Stärke-oder Celluloseblends, PLA-Blends) 


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Q:

16. Nennen Sie Cellulosepolymere.

A:

Celluloseacetat (CA) 

Callulosepropionat (CP)

Cellulosebutrytat (CB)

- aus Holz und Faserpflanzen oder fermentativ gewinnbar

- feste pflanzliche Cellulose bildet ein mikrokristallines Gefüge, in dem kristalline Bereiche mit hohem Ordnungsgrad mit amorphen Bereichen abwechseln

- kristallinen Bereiche der Cellulose sind polymorph je nach Herstellungsbedingungen kristallisieren sie in verschiedenen Kristallstrukturen

Q:

17. Was sind Celluloseregenerate und Cellulosederivate?

A:

Celluloseregenerate: (Viskose, Zellglas, Cellophan, Cellulosehydrat, Hydratcellulose etc.)   - überwiegend als Faser oder als Folie

- chemisch gelöste und wieder neu in Form von Fasern oder Folien zusammengesetzte Cellulose

Cellulosederivate:

- Celluloseether und Celluloseester

- Celluloseether:  überwiegend durch Veretherung mit Alkoholen erzeugten Celluloseether dienen hauptsächlich als Additive zur Viskositätsstabilisierung oder als Wasserbinder in Baustoffen, Klebstoffen, Kosmetika, Waschmittel, Farben, Bohrflüssigkeiten oder Papierindustrie

- Celluloseester: thermoplastische Formmassen, oft Mischpolymerisate, erhebliche Mengen (3 – 35 Gew.-%) an Weichmachern erforderlich

Q:

18. Was ist Lignin? Welche Eigenschaften besitzt es?

A:

-Dreidmensionalvernetztes Makromolekül, das in der Regel aus drei verschiedenen einwertigen Alkoholen, den sogenannten Lignolenaufgebaut ist.


  • -Anwendung oft als formbares Bindemittel fürnaturfaserverstärkte Polymere oder auch fürdie Spanplattenherstellung
  • -je nach Aufschlussverfahren sind die Eigenschaften des herausgelösten Lignins verschieden
  • Lignin ist sehr fest bis spröde und hell- bis dunkelbraun gefärbt. Es ist optisch isotrop, UV-Licht wird von dem Material fast vollständig absorbiert, sichtbares Licht zum Teil.
Q:

19. Nennen Sie pflanzenölbasierende Polymere. Wie ist der allgemeine Aufbau?

A:

 

 -Pflanzenöle können zur Erzeugung verschiedener Kunststoffe wie Polyester,

Polyether oder Polyamiden sowie auch vernetzter Kunststoffe wie Polyurethan eingesetzt werden

-Bei Pflanzenölen handelt es sich um Triglycerideauf Basis unterschiedlicher Fettsäuren

Die bestgeeigneten Pflanzenöle zur Polymererzeugung sind die mit einem

hohen Anteil ungesättigter Verbindungen, allylischenC-Atomen und Estergruppen

 

Q:

20. Was ist Chitin und Chitosan?

A:

Aminozuckerhaltige Polysaccharide aus tierischen Organismen. 

Chitosan ist ein Biopolymer, ein natürlich vorkommendes Polyaminosaccharid, welches sich vom Chitin ableitet.

-oft in hochgradig geordnete fibrillärenStrukturen, meist im Verbund mit Proteinenodermineralischen Verbindungen

-weist eine teilkristalline Struktur auf und übt bei verschiedenen wirbellosen Tieren auch eine Stützfunktion wie die Cellulose bei Pflanzen aus

-Außenskelette der Arthropoden (Krebse, Insekten, Spinnen,usw.) sind aus Chitin aufgebaut. 

-Chitosan ist wie Chitin bioabbaubar, biokompatibel und hat eine antibakterielle Wirkung

 

-Im Gegensatz zum Chitin ist Chitosan bereits in schwachen Säuren löslich.

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2. Nennen Sie Beispiele für 

- abbaubare erdölbasierende Polymere

- abbaubare biobasierte Polymere

- Native und modifizierte native Polymere

- Polymerblends 

- nicht abbaubare Biopolymere

A:

- abbaubare erdölbasierende Polymere

PE; Polyvinylalkohol; Polycaprolactone (PCL)

- abbaubare biobasierte Polymere

Polylactid (PLA); Polyhydroxybutyrat (PHB); Lignin-basierende Thermoplaste

- Native und modifizierte native Polymere

Cellulosederivate:      R= Methyl, Ethyl, Acetyl, Propionyl, Hydroxymethyl, Carboxymethyl

 

Thermoplastische Stärke: 20–30 % aus Amylose, linearen Ketten mit helikaler (Schrauben-)Struktur 70–80 % aus Amylopektin, stark verzweigten Strukturen

- Polymerblends

oft mit Additiven für bessere Haftung untereinander und andere spezifische Eigenschaften

PLA-Polyesterblends: Handelsname Ecovio von BASF - Folienwerkstoff, bei dem derPLA-Anteil etwas geringer ist als der Polyesteranteil - Durch variierende Blendkomponenten und einen variablen Anteil der verschiedenen Blendkomponenten sowie weiterer möglicher Werkstoffkomponenten sind die Eigenschaften der PLA-Polyesterblends sehr variabel - Hinzu kommen die variablen Eigenschaften des PLAs selbst

- nicht abbaubare Biopolymere

- Erzeugung „konventioneller“ Polyolefine wie Polyethylen oder auch Polypropylen auf Basis erneuerbarer Rohstoffe durch spezifische Syntheseschritte

- Irreversible Quervernetzung von biobasierenden Polymeren über spezifische funktionelle Gruppen

- z.B. hochsubstituierte Celluloseacetate, vulkanisierter Kautschuk, Casein-Kunststoffe, Linoleum

Q:

3. Warum sind Biopolymere abbaubar?

A:

Der Abbau erfolgt im Wesentlichen durch Oxidations- und Hydrolyseprozesse zu den Spaltprodukten Wasser, Kohlendioxid oder Methan und Biomasse.

Biologische Abbaubarkeit basiert in der Regel auf Vorhandensein von Heteroatomen (kein Kohlenstoff).

Das führt zur Spaltung der Ketten und Primärabbau wird induziert.

Endabbau erfolgt durch inteazelluläre Stoffwechselreaktion von Miktoorganismen. 

Kompostierbarkeit sagt aus ob ein Werkstoff unter def. Bed. in einem Kompostierungssystem innerhalb einer vorgg Zeitspanne vollständig zu CO2, H2O und biomasse umgewandelt werden kann. 



Q:

24. Nennen Sie Beispiele für erdölbasierende Biopolymere.

A:

Polyvinylalkohole (PVAL), Polycaprolactone (PCL), Polyester

Q:

23. Was sind Biopolymerblends? Wie müssen sie beschaffen sein, um thermoplastisch verarbeitet werden zu können?

A:

Je nach Anwendung werden unmodifizierte Roh-Biopolymere mit anderen Roh-Biopolymeren vermischt (geblendet), um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen.

-Durch Blending sind in den letzten Jahren eine Vielzahl neuer Biopolymertypen mit deutlich verbesserten Eigenschaftsprofilen entstanden

-derzeit werden bevorzugt Zweiphasenblends erzeugt, d. h. es werden zwei unterschiedliche Biopolymere gemischt

-Die meisten Biopolymerblends basieren auf thermoplastischer Stärke, die durch Zugabe anderer Biopolymere wie Celluloseacetat, Polycaprolactonoder anderer Polyester hydrophobiert wird und eine deutlich höhere Zughigkeit aufweist

Q:

10. Wie wird Polylactid hergestellt?

A:

Von Stärke bzw. Zucker erhaltet man die Milchsäure durch Fermentation, dann wird Lactid synthesiert, von Lactid wird durch Polymerisation PLA bekommen, dann werden Vlends und/oder Additive zugegeben so erhaltet man PLA Werkstoff und durch Verarbeitung bekommt man Produkt. 

Q:

 

4. Welche Typen von Hilfsstoffen / Additiven kennen Sie? Nennen Sie Beispiele.

A:

Die Hilfstoffe müssen vollständig inert od kompostierbar sein. Für viele Additive gibt es zudem Mengebegrenzungen.

2 Gruppen: Füllstoffe (Anorg. - Aluminiumsilikate, Calciumcarbonat, eisenoxid, Gips; Org. - Nicht modifizierte native Cellulosen, Stärke, Pflanzenfasern, Holzfasern) und Verarbeitungshilfstdoffe (max. 10 Gew% - Glycerinmonosteart, Paraffine, Polyethylenglykol, nat. Wachse; max. 49 Gew% - Glycerin, Xylit, Sorbit).


Q:

5. Nennen Sie einige Herstellungswege von Biopolymeren.

A:

1. Chem Synthese petrochemischer Rohstoffe (Polyester, Polyesteramide, Polycaprolacton, Polyesterurethane)

2. Chem Synthese biotechnologisch hergestellter Polymerrohstoffe (Polylactide, Bio-Polyethylen, Bio-Polyester)

3. Direkte Biosynthese der Poly (Polyhydroxybutyrat PHB, Polyhydroxyalkanoate PHA)

4. Modifizuerung von molekularen nachwachsenden Rohstoffen (Calluloseregenerate, Derivate der Stärke)

5. Mischung/Blends (Stärke-oder Celluloseblends, PLA-Blends) 


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