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Abbaumechanismen von Kunststoffen. J. K. Fink Institut für Chemie der Kunststoffe, Montanuniversität Leoben. Arten des Abbaus von Kunststoffen. Hauptkette: Zerstörung von makromolekularen Strukturen und damit der Verlust der für Makromoleküle typischen Eigenschaften, gewollt und ungewollt.

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Presentation Transcript
Abbaumechanismen von kunststoffen

Abbaumechanismen von Kunststoffen

J. K. Fink

Institut für Chemie der Kunststoffe,

Montanuniversität Leoben


Arten des abbaus von kunststoffen
Arten des Abbaus von Kunststoffen

  • Hauptkette: Zerstörung von makromolekularen Strukturen und damit der Verlust der für Makromoleküle typischen Eigenschaften, gewollt und ungewollt.

  • Seitenkette: Seitenketten können abgespalten werden.


Klassifizierung nach den ursachen des abbaus
Klassifizierung nach den Ursachen des Abbaus

  • Abbau durch Wärme

  • Pyrolytischer Abbau

  • Thermooxidativer Abbau

  • Abbau durch energiereiche Strahlung

  • Abbau durch Licht

  • Abbau durch Röntgen- oder Gammastrahlung


Klassifizierung nach den ursachen des abbaus1
Klassifizierung nach den Ursachen des Abbaus

  • Abbau durch Chemikalien

    Hydrolyse: UP

    Alkoholyse: PU

    Ozonolyse

    Industriechemikalien

    Chemikalienbeständigkeit ist tabelliert


Spaltung
Spaltung

M*  R1 + R2.

M* angeregte Spezies R1., R2. Radikale

Norrish Typ I Prozeß:

R1-CO-R2 + hnR1-CO. + R2

Norrish Typ II Prozeß:

R1-CO-CH2-CH2-CH2-R2 + hn R1-CO-CH3 + CH2=CH-R2


Abbau durch organismen abbau von synthetischen polymeren durch mikroorganismen
Abbau durch Organismen Abbau von synthetischen Polymeren durch Mikroorganismen

  • Standardtests des Abbaus von synthetischen Polymeren mit Mikroorganismen

  • Die meisten Polymeren sind gegen den Angriff durch Mikroorganismen stabil.

  • Biodegradierbar sind Polymere mit Gruppen, die in der Natur vorkommen: aliphatische Polyester, Polyether, Polyurethane, Polyamide


Abbau durch organismen enzyme spalten hauptketten in nat rlichen polymeren
Abbau durch Organismen Enzyme spalten Hauptketten in natürlichen Polymeren

Trypsin

Bakterien


Abbau durch organismen h here organismen
Abbau durch Organismen Höhere Organismen

  • Verbiß von Tieren

  • Vandalismus


Abbau mechanischer abbau
AbbauMechanischer Abbau

  • Scheren in Lösung

    bei polymeren Schmiermitteln

  • Ultraschall

  • Anwendungen:

    früher Mastifizierung von Naturkautschuk,

    Synthese von Copolymeren


Wechselwirkung von kunststoffabbau und metall korrosion
Wechselwirkung von Kunststoffabbau und Metall-Korrosion

  • Spuren von bestimmten Metallen im Kunststoff können durch Redox-Reaktionen einen verstärkten Abbau der Kunststoffe herbeiführen

  • Deswegen Zusatz von Metalldesaktivatoren

  • Schlecht ausgehärtete Reaktionsharze können reaktive Gruppen enthalten, die im Kontakt mit Metallen diese schädigen können


Klassifizierung nach den abbau bedingungen
Klassifizierung nach den Abbau-Bedingungen

  • Abbau bei der Herstellung

    PVC muß stabilisiert werden

  • Abbau bei der Verwendung

    Das Material muß dem Anforderungsprofil entsprechen. Einsatz im Freien, bei erhöhter Temperatur

  • Abbau von ausgedientem Material

    Entsorgung durch Pyrolyse, Verbrennen, Verhalten in der Deponie


Analytische techniken
Analytische Techniken

  • Beginnender Abbau

    Molmassenbestimmung, Differential Scanning Calorimetry, Differentialthermoanalyse, Thermogravimetrie

  • Analyse von Abbauprodukten

    Gaschromatographie, Massenspektrometrie, Infrarotspektroskopie, kernmagnetische Resonanz


Mechanismen des abbaus reaktionen
Mechanismen des Abbaus, Reaktionen

  • Abbau der Hauptkette

  • Abbau der Seitenkette

  • Depolymerisation

  • Cyclisierung

  • Vernetzung

  • Initiierung

  • Random Scission


Mechanismen des abbaus reaktionen1
Mechanismen des Abbaus, Reaktionen

  • Zufällige Spaltung im Inneren der Kette

  • Weak Links

  • Heteroatome in der Kette,

  • Verzweigungen,

  • Kopf-Kopf-Verknüpfungen

  • Reißverschlußmechanismus


Brennen von kunststoffen
Brennen von Kunststoffen

  • Aufheizen Abbau der Kette

  • Flüchtige Produkte

  • Gasphasenoxidation

  • Thermische Rückkopplung

  • Zurück zu Schritt 1.



Ceiling temperature
Ceiling Temperature

  • Freie Bildungsenthalpie des Polymeren aus dem Monomeren :

    DG(g,c) =

    = D G(P,c) - D G(M,g) –

    RT*ln(pM/p0)




Kinetik des abbaus
Kinetik des Abbaus verschiedene Monomere

  • Unimolekularer Abbau

  • Statistischer Abbau

  • Abbau schwacher Bindungen

    P  2 P.

  • Bimolekularer Abbau

  • Bildung von thermolabilen Gruppen

    P. + O2 PO2


Ausbeute an monomeren
Ausbeute an Monomeren verschiedene Monomere


Van krevelen diagramm
Van Krevelen-Diagramm verschiedene Monomere


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