Biokunststoffe und Biopolymere

Biokunststoffe und Biopolymere Übung

• Unterscheide zwischen Biokunststoffen und herkömmlichen Kunststoffen.

  Tipps

  Viele schon seit Jahren häufig verwendetete populäre Kunststoffe sind herkömmliche Kunststoffe.

  Lösung

  Biokunststoffe

  • Polymilchsäure
  • Zelluloid
  • Polyhydroxybuttersäure
  • Polyvinylalkohol

  Diese Kunststoffe sind in jedem Fall Biokunststoffe, da die Rohstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden.

  Herkömmliche Kunststoffe

  • Polyethylen
  • Polypropylen
  • Polyamid
  • Polystyrol

  Alternativ kann es sich um Biokunststoffe handeln, wenn die Ausgangsstoffe für die Herstellung dieser Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden.

• Erkenne die Biokunststoffe an der Formel.

  Tipps

  Vinylalkohol ist nicht stabil, sein Polymer schon.

  Das Cellulosemolekül verfügt über drei freie Hydroxy-Gruppen, die acyliert werden können.

  Lösung

  Biokunststoffe können, genau wie Kunststoffe, durch Polymerisation kleiner Moleküle hergestellt werden. Die Monomere müssen dabei über funktionelle Gruppen verfügen, die eine Verknüpfung möglich machen.

  • Polymilchsäure: Die Carboxy-Gruppe und die Hydroxy-Gruppe bilden den Polyester.
  • Polyvinylalkohol: Das Monomer selbst ist nicht stabil.
  • Celluloseacetat: Das Cellulosemolekül wird dreifach acetyliert.
  • Caprolacton: Das ist ein weiterer Polyester.

• Beschreibe die chemische Herstellung von Bio-Polyethylen aus Zucker.

  Tipps

  Alkohole können zu Alkenen reagieren.

  Ungesättigte Verbindungen sind zur Polymerisation befähigt.

  Lösung

  1. Ethanol aus Zucker

  $C_{12}H_{22}O_{11}$ + $H_2O$ $\longrightarrow$ 4 $C_2H_5OH$ + 4 $CO_2$

  Das ist die alkoholische Gärung.

  2. Ethen aus Ethanol

  $C_2H_5OH$ $\longrightarrow$ $CH_2=CH_2$ + $H_2O$

  Durch katalytische Dehydratation entsteht die ungesättigte Verbindung.

  3. Polymerisation

  n $CH_2=CH_2$ $\longrightarrow$ $(-CH_2-CH_2-)_n$

  Viele Ethen-Moleküle polymerisieren zum Polyethylen (PE). Da der Ausgangsstoff nachwachsend ist, spricht man von Bio-Polyethylen.

• Entscheide, für welche Anwendungen Biokunststoffe geeignet sind.

  Tipps

  Biokunststoffe sind mitunter nützlich. Biologische Abbaubarkeit ist mitunter hinderlich.

  Die mechanische Beständigkeit von Biokunststoffen ist begrenzt.

  Lösung

  Biokunststoffe können herkömmliche Kunststoffe in vielen Bereichen ersetzen. In folgenden Bereichen werden sie zum Beispiel eingesetzt:

  • Gießkannen
  • Trinkhalme
  • Kugelschreiber
  • Sessel
  • Klappstühle
  • Pflanzentöpfe
  • Dübel
  • Tastaturen

  Natürlich werden diese Gegenstände nur teilweise aus Biokunststoffen gefertigt.

  Die Anwendung von Biokunststoffen hat allerdings auch Grenzen. Ihre Eigenschaften unterscheiden sich zum Teil von den Eigenschaften herkömmlicher Kunststoffe. In folgenden Bereichen lassen sie sich daher nicht verwenden:

  • Bratpfannenbeschichtung: Dafür verwendet man Teflon.
  • Bekleidung: Die biologische Abbaubarkeit ist hier hinderlich.
  • Implantate: Wie in der Anwendung davor.
  • Trinkflaschen: Es gibt keine Verwendung.
  • Fußbälle: Die mechanische Belastung wird nicht gewährleistet.

• Nenne die Eigenschaften, von denen Biokunststoffe jeweils mindestens eine besitzen sollten.

  Tipps

  Ein großes Problem für die Umwelt ist der Plastikmüll auf den Meeren.

  Gute Löslichkeit in polaren Lösungsmitteln ist generell ein Problem bei Kunststoffen.

  Polyethylen ist gut zerspanbar.

  Lösung

  Biokunststoffe zeichnen sich durch drei Eigenschaften aus, von denen sie mindestens eine erfüllen müssen.

  • aus nachwachsenden Rohstoffen: Dadurch könnte man den Stoffkreislauf schließen.
  • biologisch abbaubar: Das ist ein guter Beitrag zu Müllentsorgung.
  • verträglich mit menschlichen und tierischen Organismen: Das ist aber wie gesagt kein notwendiges Kriterium.

• Bestimme für die konventionellen Kunststoffen jeweils ein richtiges Edukt.

  Tipps

  Die Namen der Monomere der Kohlenwasserstoff-Polymere stecken schon im Namen.

  Styrol ist Vinylbenzol.

  Ethin ist aus Methan herstellbar.

  Lösung

  Kunststoffe entstehen durch Polymerisation kleinerer Moleküle. Dabei sind oftmals die eingesetzten Monomere in der Struktur und auch im Namen des Polymers erkennbar. In einigen Fällen reagieren aber auch zwei oder mehrere unterschiedliche Monomere miteinander oder die Polymerisation erfolgt über Zwischenprodukte. In diesen Fällen lässt sich nicht immer auf den ersten Blick erkennen, woraus die Polymere entstanden sind.

  • Polyethylen: Zucker $\rightarrow$ Ethanol $\rightarrow$ Ethen (Ethylen) $\rightarrow$ Kunststoff
  • Nylon: Adipinsäure + Hexamethylendiamin $\rightarrow$ Kunststoff
  • Polystyrol: Ethylbenzol $\rightarrow$ Styrol $\rightarrow$ Kunststoff
  • Polyvinylchlorid: Methan $\rightarrow$ Ethin $\rightarrow$ Vinylchlorid $\rightarrow$ Kunststoff
  • Polypropylen: Propan $\rightarrow$ Propen (Propylen) $\rightarrow$ Kunststoff
  • Polybutadien: Butan $\rightarrow$ Buta-1,3-dien $\rightarrow$ Kunststoff