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Polyaddition am Beispiel von Polyurethanschaum

Verwendungsmöglichkeiten von Polyurethanschaum:

Polyurethanschaum wird durch Polyaddition von zwei verschiedenen Monomeren hergestellt, wobei die Hydroxylgruppen mit den Isocyanat-Gruppen unter Bildung einer Urethanbrücke reagieren. Butandiol liefert die Hydroxylgruppen


Butandiol


und ein Diisocyanat die Isocyanat-Gruppen.


Diisocyanat


Definition Polyaddition:
Bei einer Polyaddition werden Monomere, die mindestens zwei funktionelle Gruppen (mit Mehrfachbindung) besitzen, unter Übertragung von Protonen zu Polymeren verknüpft.



Geräte/Chemikalien:

Butandiol, ein Diisocyanat, Wasser, Plastikbecher, Rührstab

Versuchsaufbau:




Reaktionsprodukt, Foto von H.X.


Versuchsdurchführung:

Wir füllen den Becher mit Dialkohol, Diisocyanat und etwas Wasser. Als nächstes verrühren wir das ganze mit einem Holzstäbchen.

Versuchsbeobachtung:




Versuchsvideo von H. X.


Die Mischung ist zuerst flüssig. Nach einigen Sekunden wird der Becher warm und die Flüssigkeit wird cremig und dann zu Schaum. Zum Schluss wird der Schaum fest. Diesen Schaum nennt man Polyurethan-Schaum (PU-Schaum).

Versuchserklärung:

Bei einer Polyaddition benötigt man zwei verschiedenartige Monomere. Beide Monomere müssen bifunktionale Moleküle sein. Das bedeutet, das sie mindestens zwei funktionelle Gruppen besitzen. Die Moleküle besitzen einerseits meist polare Mehrfachbindungen und andererseits reaktionsfähige Wasserstoffatome, die als Protonen abgegeben werden können.
Um zwei Moleküle zu einer linearen Kette zu verbinden, ist die Übertragung von Protonen von einer Monomerenart zur nächsten nötig. Durch die Anlagerung der Hydroxylgruppe eines Alkoholmoleküls am das Kohlenstoffatom einer Isocyanatgruppe wird je ein Proton vom Alkohol zum Diisocyanatmonomer übertragen. Dabei entsteht eine Urethanbrücke. An das neu entstandene Molekül lagern sich dann an beiden Enden weitere Monomere an.


Reaktionsgleichung Polyurethan


Fügt man zu dem Diisocyanat-Alkohol-Mischung Wasser, so reagiert das Diisocyanat mit dem Wasser zu Aminen und Kohlenstoffdioxid. Das dabei entstehende Gas führt dazu, dass sich das Gemisch aufbläht. Am Ende härtet der Kunststoff aus. Dieser Hartschaum wird beispielsweise als Bauschaum verwendet. Mit Hilfe von weiteren Zusätzen kann der Schaum auch elestisch werden. Daraus werden dann z.B. Matratzen hergestellt. Zu Schwämmen wird er natürlich auch verarbeitet.
Die Produkte der Polyaddition nennt man allgemein Polyaddukte.
Die wichtigste Gruppe von Kunststoffen, die durch Polyaddition hergestellt werden sind die Polyurethane (PU).

Text erstellt von T.Y. mit Korrekturen und Ergänzungen durch Herrn Ecker. 16.11.2014



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