Aufgabenblock — AFB III
Beurteilen, planen, entwickeln: Hier zählt das fachliche Argument. Versuchen Sie jede Aufgabe erst selbst, bevor Sie die Musterlösung aufklappen.
Bei der Herstellung eines Polyesters aus Terephthalsäure und Ethan-1,2-diol schlägt ein Techniker vor, 0,5 % Benzoesäure (\(\ce{C6H5-COOH}\)) zuzusetzen, um die Schmelzviskosität gezielt einzustellen. Beurteilen Sie den Vorschlag.
Hinweis: Denken Sie an die Stöchiometrie der funktionellen Gruppen.
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Musterlösung: Benzoesäure trägt nur eine Carboxygruppe. Sie wird wie die Dicarbonsäure verestert, bietet danach aber keine weitere reaktive Gruppe: Das Kettenende ist verschlossen. Damit begrenzt sie den mittleren Polymerisationsgrad — je mehr Benzoesäure, desto kürzer die Ketten, desto geringer die Schmelzviskosität. Der Vorschlag ist chemisch sinnvoll, wenn die Menge genau dosiert wird: Ein Zuviel liefert zu kurze Ketten mit schlechter Festigkeit. Zusätzlich verschiebt die zusätzliche Säure das 1 : 1-Verhältnis der Gruppen.
Für Winterreifen stehen zwei vernetzte Kautschukmischungen zur Wahl: Mischung A mit \(T_\text{g} = -55\,°\text{C}\), Mischung B mit \(T_\text{g} = -15\,°\text{C}\). Die Reifen sollen bei −40 °C noch haften. Entscheiden Sie sich begründet für eine Mischung.
Hinweis: Vergleichen Sie jeweils Gebrauchstemperatur und Glasübergangstemperatur.
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Musterlösung: Gummielastisch ist ein Elastomer nur oberhalb von \(T_\text{g}\): Dann schwingen die Kettensegmente, das weite Netz verhindert das Fließen. Bei −40 °C liegt Mischung B unterhalb ihrer Glasübergangstemperatur — die Segmente sind eingefroren, der Reifen wird hart und spröde, er haftet schlecht und kann reißen. Mischung A liegt 15 K über \(T_\text{g}\) und bleibt elastisch. Entscheidung: Mischung A.
Styrol wird mit einem Initiator polymerisiert, dessen Reste R ein Brom-Atom enthalten. Die Analyse zeigt: Nahezu jede Kette trägt zwei Br-haltige Endgruppen; C=C-Doppelbindungen sind in den Ketten praktisch nicht nachweisbar. Deuten Sie den Befund im Hinblick auf den Kettenabbruch.
Hinweis: Zählen Sie die Initiatorreste pro fertiger Kette.
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Musterlösung: Jede wachsende Kette trägt am Anfang genau einen Rest R. Bei der Rekombination verbinden sich zwei Radikal-Enden zu einer Bindung — die entstehende Kette hat an beiden Enden einen Rest R, eine Doppelbindung entsteht nicht. Bei der Disproportionierung überträgt ein Radikal ein H-Atom auf das andere: Beide Ketten behalten nur einen Rest R, eine davon erhält eine C=C-Endgruppe. Der Befund (zwei Br-Endgruppen, keine C=C) spricht also für den Abbruch durch Rekombination.