Ein wichtiger Kunststoff
Polyethen ist nicht nur ein wichtiger Kunststoff, sondern er ist sogar - mit Abstand - der wichtigste Kunststoff überhaupt. Der Anteil von Polyethen an den weltweit verbrauchten Kunststoffen betrug im Jahre 2011 38%.
Verwendung
Im Alltag begegnet und Polyethen - meistens als Polyethylen bezeichnet und mit PE abgekürzt - auf vielfältige Weise. Frischhaltefolien, Tragetaschen, Müllsäcke, Flaschen, Rohre, Kabel-Ummantelungen, Zahnräder, Prothesen sind nur einige wenige Beispiele für die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten der verschiedenen PE-Typen.
Herstellung - Grundprinzip
Grundprinzip der Polyethen-Synthese
Autor: Ulrich Helmich 11/2024, Lizenz: Public domain
Dieses Bild zeigt uns das Grundprinzip der Polyethen-Bildung.
A) Ein sogenanntes Starter-Radikal St• mit einem freien Elektron setzt sich an die C=C-Doppelbindung eines Ethen-Moleküls und spaltet eine der beiden kovalenten Bindungen auf. Es entsteht ein Zwischenprodukt mit einer C-C-Einfachbindung und einem freien Elektron St-CH2-CH2•.
Moleküle mit einem freien Elektron sind chemisch sehr reaktiv, weil die einfach besetzte Kugelwolke danach strebt, ein zweites Elektron aufzunehmen. Daher bezeichnet man solche Moleküle mit einer einfach besetzten Kugelwolke als Radikale.
B) Mit diesem freien Elektron kann dieses Zwischenprodukt nun ein weiteres Ethen-Molekül angreifen und dessen Doppelbindung auflösen. Es entsteht ein aus vier C-Atomen bestehendes Radikal St-CH2-CH2-CH2-CH2•. Dieses kann wieder ein Ethen-Molekül angreifen, das neue Radikal hat dann schon sechs C-Atome. Und so geht dieser Vorgang weiter, viele Tausend Mal.
C) Hier sehen wir die Gesamtgleichung der Polyethen-Synthese, das Starter-Radikal wurde hierbei vernachlässigt. Die beiden Methylen-Gruppen in der eckigen Klammer stellen die sich wiederholende Einheit des Moleküls dar. Der Wert von n kann beim Polyethen bis in die Tausende gehen.
Technische Herstellung
Natürlich entsteht noch kein Polyethen, wenn man viele Ethen-Moleküle zusammen gibt. Dann müsste ja jeder Schulversuch, bei dem Ethen entsteht, in einem klebrigen Chaos enden, weil sofort alle Glasgeräte mit Kunststoff verstopft wären.
Wenn man Polyethen in der Industrie herstellt, gibt es mehrere Verfahren. Die Reaktion wird bei hohen Drücken und hohen Temperaturen durchgeführt, und bestimmte Katalysatoren müssen eingesetzt werden. Das Polyethen, dass sich bildet, liegt zunächst als zähe Flüssigkeit vor. Mit Hilfe bestimmter Katalysatoren entstehen dann kleine feste Körner aus Polyethen, das Granulat.
PE-Granulat
Lluis tgn, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Dieses Granulat wird dann eingeschmolzen und in beliebige Formen gegossen werden.
Polyethen-Typen
Grob unterscheidet man PE-LD (LD steht für low density = niedrige Dichte) und PE-HD (high density = hohe Dichte). Man spricht auch von Weich-Polyethen und Hart-Polyethen.
Aus Weich-PE werden Tragetaschen, Müllsäcke, Folien etc. hergestellt, und aus Hart-PE stellt man Rohre, Schläuche und feste Flaschen zum Beispiel für Reinigungsmittel her.
Ein Photo aus Indien
John Hill, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Aufgabe 1
Schauen Sie sich das Photo aus Indien näher an und erklären Sie dann, was der Autor John Hill uns damit sagen möchte.
Lösungsvorschlag für Aufgabe 1
Aufgabe 2
Polypropen wird auf ähnliche Weise hergestellt wie Polyethen und ist auch ein wichtiger Kunststoff. Formulieren Sie ähnlich wie in Bild 1 eine allgemeine Reaktionsgleichung zur Synthese von Polypropen aus n H3C-CH=CH2-Molekülen. Kennzeichnen Sie dabei auch die sich wiederholende Struktureinheit.
Lösungsvorschlag für Aufgabe 2
Aufgabe 3
Recherchieren Sie,
a) wie sich die Eigenschaften von PP (Polypropen) von PE-LD und PE-HD unterscheiden,
b) welche Produkte aus PP hergestellt werden.
Für solche Rechercheaufgaben werden hier keine Lösungsvorschläge gemacht, hier müssen Sie selbst aktiv werden.