Experimente der "Kunststoff-Gruppe"

Am Anfang und am Ende wird der Abzug von der Explosionsgruppe zum Umgang mit Sprengsilber benötigt. Zwischendurch muss dort die Kunststoffgruppe arbeiten. Das Timing ist da abzusprechen - z.B. erste Stunde Explosionsgruppe, bei Bedarf länger, dann etwa drei Stunden die Kunststoffgruppe, und am Rest des Tages wieder die Explosionsgruppe.

1. Fertige Kunststoffe:
 Wir können schlicht den ersten Stoff zeigen, an dem Staudinger das Prinzip von Monomer und Polymer erkannte: Bei Gealtertem reinen Formaldehyd sinkt ein Kondensationsprodukt aus verketteten Formaldehymolekülen weiß zu Boden. Zu Konservierungszwecken nimmt man deshalb immer wässrige Formaldehylösung. Da tritt diese störende Reaktion nicht ein.

Auch zeigen können wir Latex sowie Kautschukpampe. Die Vulkanisation von Latex mit Schwefel zu Gummi nehmen wir aber nicht in Angriff.
  

2. Am ehesten könnte die Herstellung von Perlon klappen.

http://www.uni-regensburg.de/Fakultaeten/nat_Fak_IV/Organische_Chemie/Didaktik/Keusch/D-Perlon-d.htm

Vom chemischen Mechanismus her handelt sich hier um eine "anionische Polymerisation"

Chemikalien:    e - Caprolactam     Natrium

Geräte und Glasartikel:   Becherglas 25 mL     Dreifuß mit Keramikfaserplatte     Bunsenbrenner  
Glasstab      Pinzette     Messer

Versuchsdurchführung:

In ein 25 mL Becherglas gibt man 10 g e - Caprolactam, in das ein Stückchen sorgfältig entrindetes Natrium (ca 0.01 g) mit einem Glasstab eingedrückt wird. Bei nicht allzu großer Flamme wird der Reaktionsansatz zum Schmelzen gebracht. Anschließend erhitzt man zum Sieden. Die dunkelbraune Schmelze lässt man 5 Minuten abkühlen und rührt mit dem Glasstab um. Mit dem Glasstab wird nun ein Faden aus dem Becherglas gezogen.

... Es gibt einen Drei-Minuten-Film dazu. Da ist zu sehen, wie der Reaktionsansatz auch nach dem Sieden über eine Minute lang weiter erheblich erhitzt wird. Auch das ruhige Abkühlen-Lassen über 5 Minuten, bevor man dann ausgiebig mit dem Glasstab rührt, ist wohl erforderlich und wird gezeigt. Der Faden, der dann schließlich aus der Kunststoff-Schmelze gezogen wird, ist im Film vergleichsweise mickrig. Die Legende sagt, dass man im richtigen Moment und mit Feingefühl drei Meter Perlon-Faden herausziehen kann.
  

3. Eigentlich sollte es auch Methacrylsäuremethylester im Ebelu geben. Daraus kann man Plexiglas (= "Acrylglas") herstellen. Der Charme wäre hier, einen Gegenstand ganz mit Plexiglas zum Umschließen. Ich spendiere eine Plastikdose mit dem Kalkgehäuse eines Röhrenwurms: Versuchen wir, das Tierchen einzubetten.

Die mir vorliegende Versuchsbeschreibung allerdings scheint nur weiß-kristallines Plexiglas zu erzeugen:

3.1. Materialien/Geräte
Methacrylsäuremethylester , Dibenzoylperoxid ,
Reagenzglas, Becherglas, Rührstab, Spatel

3.2. Versuchsdurchführung
Man gibt in das Reagenzglas 5 mL Methacrylsäuremethylester und 2 Spatelspitzen Dibenzoylperoxid.
Die Lösung wird im Wasserbad erwärmt. Sobald eine Reaktion zu beobachten ist, wird das
Reagenzglas aus dem Wasserbad herausgenommen und abgekühlt.

3.3. Beobachtung
Das Dibenzoylperoxid löst sich im Kalten nicht vollständig in Methacrylsäuremethylester. Sobald
dieses erwärmt wird, lösen sich jedoch auch die letzten Rückstände. Nach ca. 5 min steigt das
Volumen im Becherglas stark an. Aus der klaren und farblosen Lösung ist ein weißer kristallartiger
Feststoff geworden (Abb. 2).

Die folgenden beiden Versuche sollten im Abzug durchgeführt werden. Dort muss also die "Explosionsgruppe" mit der Herstellung von Schießbaumwolle fertig sein. Zu Testzwecken lässt sich Versuch 4. mit wenig Substanz auch an einem offenen Fenster durchführen. Versucht 5. dann braucht unbedingt den Abzug.
  

4. Nun können wir Polystyrol versuchen herzustellen. Die Styroldämpfe sollten nicht eingeatmet werden.

Es handelt sich hier um eine radikalische Polymerisation des Momomers Styrol . Dieses wird mit der Startersubstanz Diebenzoylperoxid zum Polymer vernetzt. 

Das Ergebnis ist im Reagenzglas wenig spektakulär: Wo vorher flüssiges Styrol war, ist nachher fester Kunststoff. Ich spendiere eine Plastik-Speise-Eis-Form. Die Minute muss abgepasst werden, in der das Styrol zähflüssig wird. Dann muss es in die Form gegossen werden. Nun kommt es darauf an, ob das Styrol beim Hartwerden schrumpft oder sich ausdehnt. Und ob es an die Plastik-Speise-Eis-Form anklebt oder davon getrennt bleibt. Lassen wir uns überraschen.

4.1. Materialien:
Reagenzglas, Becherglas, Messzylinder 10 mL, Heizplatte

4.2. Durchführung:
Vorsicht! Der Versuch ist unter dem Abzug durchzuführen, offene Flammen im Raum sind zu
löschen!
5 mL Styrol werden im Reagenzglas mit 0,5 g Dibenzoylperoxid gut vermischt. Anschließend wird
das Gemisch in ein Becherglas mit kochendem Wasser gestellt. Falls die Reaktion zu heftig wird
nimmt man das Reagenzglas kurz aus dem Wasserbad.

4.3. Beobachtung:
Gibt man das Dibenzoylperoxid in das Styrol und erhitzt, so kann man beobachten, wie sich dieses
löst und ein weißer Dampf aufsteigt. Entnimmt man das Reagenzglas dem Becherglas, so
sieht man, wie sich eine klare dickflüssige Masse gebildet hat, in der man noch deutlich Luftblasen
erkennen kann.
  

5. Styropor ist Polystyrol mit sehr viel Gasblasen. Das erforderliche "Aufschäumen" von Kunststoff in dem Moment, wo er polymerisiert, lässt sich im Schulversuch bei der Polyaddition zeigen, die zum Kunststoff Polyurethan führt. Man braucht dazu zwei verschiedene Monomere - ein Poly-Alkanol und ein Poly-Iso-Cyanat.

Von den für den Schulversuch üblichen "Desmophen und Desmodur" ist nur das Desmophen im Ebelu in Mengen da. Es handelt sich um das Poly-Alkanol. Es gibt aber ein Diphenylmethandiisocyanat . Wir probieren es. Der Hautkontakt mit beiden Momomeren muss vermieden werden. Also durchgehend Latex-Handschuhe bitte.

Proben Sie den Versuch mit wenig Substanz in einem Becherglas. Falls er gelingt, verstecken Sie das Ergebnis. Es ist nämlich beeindruckend:-)

Schutzbrille und Schutzhandschuhe müssen getragen werden. Gute Raumdurchlüftung ist erforderlich.

Versuchsdurchführung:

Jeweils 60 mL Desmodur (Isoycanat) und Desmophen (Polyol) werden gleichzeitig in ein Becherglas gegossen und das Gemisch mit einem Glasstab kräftig gerührt.

Unter dem Becherglas muss eine Auffangschale sein. Zu leicht quillt das Reasktionsergebnis über den Rand hinaus. Nehmen sie testhalber nur 20 ml = 2 Kubikzentimeter Gemisch.

Versuchsergebnis:

Es bildet sich ein gelblicher Schaumstoff, der nach Abkühlen erhärtet. Das Volumen des Schaumstoffs ist 30 mal so groß wie die Volumina der Ausgangsflüssigkeiten. Die Erwärmung des Becherglases deutet auf eine exotherme Reaktion hin.

Für die Vorführung alsdann vor der Gruppe spendiere ich ein kleines Bierglas. Da hinein werden von zwei Menschen gleich viel Desmophen und  Iso-Cyanat gegeben. Das Gemisch muss ingesamt nur einen halben Zentimeter bis 7 mm hoch sein - ein Dreißigstel des Glases. Das Gemisch wird mit einem Glasstab verrührt.

  
6. Noch Zeit? Dann bauen wir im Molymod-Baukasten die beiden Momomere, die zu Polyurethan führen:

Bei der Gruppenvorführung geht es dann darum, aus -N-C-O und H-O- diese enorme Umlagerung von Atomen vorzuführen, die zur Verbindung beider Stoffe und damit zum Polymer führt.