WK2

Question 1

Was zeichnet die ionische Bindung aus?

Answer 1

Eine ionische Bindung liegt vor, wenn die elektrostatische Anziehung den überwiegenden Anteil der Anziehungskraft zwischen den beteiligten Ionen ausmacht.

Die Bindungsenergie ist mit 600-1000 kJ/mol sehr hoch.

Question 2

Wie hoch ist typischerweise die Bindungsenergie?

Answer 2

Bei einer kovalenten Einfachbindung liegt die Bindungsenergie zwischen 250-400 kJ/mol.

Die Bindungsenergie steigt mit der Anzahl der beteiligten Elektronen.

Question 3

Wie hängt der E-Modul eines teilkristallinen Materials von Kristallisationsgrad und Sphärolitdurchmesser ab?

Answer 3

Der E-Modul..

• sinkt mit steigendem Durchmesser
• steigt mit dem Kristallisationsgrad

Bild:
https://docs.google.com/document/d/10WOJZSRcImOjBiNIYbCI16qWVBEBJs1enqgBz9NzK7I/edit

Question 4

Welche Arten von kovalenter Bindung sind für die Kunststoffe relevant?

Answer 4

Die Einfach-,Doppel- oder Dreifachbindungen sind die vorherrschenden Bindungstypen. Bei ihnen sind 2, 4, bzw. 6 Elektronen beteiligt.

Question 5

Nenne die zwei bekanntesten Elastomere

Answer 5

• Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR)

- Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM)

Question 6

Was ist eine kovalente Bindung?

Answer 6

Die kovalente Bindung ist die klassische Elektronenpaarbindung.

Sie entstehen, wenn der Abstand zwischen zwei Atomen kleiner als die Summe der mittleren Atomradien ist.

Eine kovalente Bindung ist immer..

• gerichtet.
• sehr stark.

Question 7

Was bewirkt eine höhere Molmasse eines Polymers?

Answer 7

Eine höhere Molmasse führt zu…

• höherer Festigkeit
• höherer Zähigkeit
• schlechterem Fließverhalten
• einer höheren Anzahl Verschlaufungen

Question 8

Wie misst man die Molmassenverteilung?

Answer 8

Das bekannteste Verfahren ist die Gel-Permeations-Chromatographie (GPC).

Bei dieser werden die Moleküle aufgrund ihrer Größe getrennt.

Question 9

Was beschreibt die Molmassenverteilung?

Answer 9

Man kann einem synthetischen Polymer keine exakte Kettenlänge bzw. Molmasse zuordnen.

Somit entstehen in einer Charge eine Verteilung von Polymeren unterschiedlicher Länge.

Die Molmassenverteilung beschreibt die anteilsmäßige Aufteilung der unterschiedlich langen Polymere im Werkstoff.

Question 10

Was passiert während der Nachkristallisation?

Answer 10

Die Nachkristallisation setzt sofort nach dem Wachstum ein und kann über Monate dauern.

Es existieren Bereiche im Gefüge, die ihren Phasenwechsel verzögert durchlaufen. Nun streben die Phasen einem Gleichgewichtszustand zu.

Dadurch erhöht sich nachträglich der Kristallisationsgrad.

Question 11

Was geschieht während der Keimbildung im Kristallisationsprozess?

Answer 11

Es entstehen kleine kristalline Bereiche in der Schmelze.

Ab einer bestimmten Größe (kritischer Keimradius) ist es für diese energetisch günstiger zu wachsen als zu zerfallen.

Unterscheidung zwischen homogenen und heterogenen Keimen.

Homogen:
Entsteht durch Faltung und Aneinanderlegung reiner Polymerschmelze.

Heterogen:
Entstehen aus Verunreinigungen (werden auch absichtlich durch Nukleirungsmittel hergestellt um die Keimdichte zu erhöhen).

Question 12

Was ist beim Kristallwachstum zu beachten und welches Gefüge ergibt sich?

Answer 12

Das Kristallwachstum ist stark abhängig von der Temperatur.

Eine langsame Abkühlung führt bspw. zu einem grobsphärolitischen Gefüge, welches sehr inhomogen ist (außen feine, innen grobe Kristalle).

Durch Nukleirungsmittel kann man ein feinsphärolitisches Gefüge erreichen.

Question 13

Wie nennt man Kunststoffe, die nicht kovalent, sondern ionisch binden?

Answer 13

Sie werden Ionomere genannt und die meisten sind Copolymere (bestehen aus zwei verschiedenen Monomeren).

Question 14

Welche vier Nebenvalenzkräfte sind zu unterscheiden?

Answer 14

• Keesom-Kräfte
• Debye-Kräfte
• London-Kräfte
• Wasserstoffbrückenbindungen

Question 15

Welche zwei Bindungsmechanismen sind für die Kunststoffe von Bedeutung?

Answer 15

Nebenvalenzbindungen sind von großer Bedeutung für die Thermoplasten.

Bild: https://docs.google.com/document/d/1i0CaOHpsg4_HpoebPf1lKgsSNmKgv-Uxtr_KDLSpTXw/edit

Question 16

Welche Nebenvalenzkräfte beruhen auf Dipolkräften?

Answer 16

• Keesom-Kräfte
• Debye-Kräfte
• London-Kräfte

Diese werden deshalb auch als van-der-Waals-Wechselwirkungen bezeichnet.

Question 17

Welche Eigenschaften der Nebenvalenzkräfte sind besonders wichtig?

Answer 17

Sind deutlich schwächer als die kovalenten/ionischen Bindungen.

Allerdings haben sie einen maßgeblichen Einfluss auf das mechanische Verhalten der Thermoplasten.

Question 18

Ordne die vier Nebenvalenzkräfte nach ihrer Bindungsenergie.

Answer 18

Kraft: Bindungsenergie:
London-Kräfte 0,1-5 kJ/mol
Debye-Kräfte ?
Keesom-Kräfte 0-10 kJ/mol
Wasserstoffbrückenbindung 10-20kJ/mol

Question 19

Wann wirken die Keesom-Kräfte?

Answer 19

Die Keesom-Kräfte wirken zwischen zwei polaren Molekülen mit einem permanenten Dipolmoment.
Die umgebenden Dipolfelder erzeugen eine Kraft.

Diese Anziehungskraft hängt von der Orientierung der Dipole ab.

Question 20

Wo wirken die Debye-Kräfte?

Answer 20

Die Debye-Kräfte wirken zwischen einem permanentem und einem induzierten Dipol.

Der permanente Dipol induziert dabei in einem elektrisch neutralen Molekül eine Ladungstrennung, wodurch der induzierte Dipol entsteht.

Question 21

Wo wirken London-Kräfte und welche Relevanz haben sie?

Answer 21

London-Kräfte wirken zwischen zwei umpolaren Molekülen.

Obwohl sie elektrisch neutral sind, bewirkt die Elektronenbewegung einen Dipol. Dieser erzeugt in einer Kettenreaktion induzierte Dipole.

Daraus resultiert eine anziehende Wechselwirkung.

Bei den meisten Kunststoffen ist diese Kraft dominant, da sie sehr häufig auftritt.
Von besonderer Bedeutung sind sie für Thermoplaste.

Question 22

Wo wirken Wasserstoffbrückenbindungen und welche Relevanz haben sie?

Answer 22

Wasserstoffbrückenbindungen entstehen anschaulich durch:

1. Ein Wasserstoffatom gibt ein Elektron ab.
2. Ein Ion entsteht, das nur aus einem Proton besteht.
3. Das Proton polarisiert die Bindungsmoleküle.

Bei Kunststoffen mit vielen elektronegativen Atomen (z.B.) Polyamide) bestimmt dieser Effekt maßgeblich die Eigenschaften.

Question 23

Von welchen vier Faktoren hängt die Fließfähigkeit eines Stoffes ab?

Answer 23

Die Fließfähigkeit hängt von der Beweglichkeit der Molekülsegmente ab, also von ihrer…

• Gestalt
• Temperatur
• Größe
• Verschlaufung

Question 24

Was ist die Viskosität?

Answer 24

Die Viskosität beschreibt den inneren Widerstand eines Werkstoffes gegen eine während des Fließend stetig wirkende Kraft.

Question 25

Wodurch kommt es zum sogenannten Scherfließen?

Answer 25

Kunststoffschmelzen fließen stets laminar.
Sie haften bei geringen Geschwindigkeiten an den Oberflächen eines Kanals.

Daraus resultiert das Scherfließen, bei dem die Flüssigkeitsschichten aneinander abgleiten.

Charakteristisch ist die Schergeschwindigkeit, bzw. die Schubspannung.

Question 26

Wie lautet die Formel für Schubspannung, Viskosität und Schergeschwindigkeit?

Answer 26

τ = η x γ
τ = Schubspannung
η = Viskosität
γ = Schergeschwindigkeit

Question 27

Welche Größenordnungen haben Lamellen und Sphärolite in teilkristallinen Thermoplasten?

Answer 27

Bild:
https://docs.google.com/document/d/15VBfXsNvmfEFTQKKmOABP7bRuL089jCl-yuUczYR0XY/edit