1 Grundlagen und Kenngrößen
Aufgabe 1.1:
Erklären Sie den Begriff Ordnungszustand in Bezug auf Polymere verglichen mit niedermolekularen Substanzen.
2,5 Pkt.
Aufgabe 1.2:
Wie erstreckt sich der Übergang von fest zu flüssig bei Polymeren?
1,5 Pkt.
Aufgabe 1.3:
Vergleichen Sie den zeitlichen Verlauf des Schmelzens (Zeit gegen Temperatur) eines amorphen Polymers mit dem eines kristallinen niedermolekularen Stoffes. (Zeich
nung und Erklärung).
4 Pkt.
Aufgabe 1.4:
Was versteht man unter Glasübergangstemperatur? Was ändert sich für das Polymer oberhalb der Glasübergangstemperatur?
3,5 Pkt.
Aufgabe 1.5:
Tragen Sie die Temperatur eines Polymers gegen die zugeführte Wärme auf und be
schreiben Sie den Kurvenverlauf.
4,5 Pkt.
Summe: 16 Pkt.
4 ChFA 20
2
2 Strukturmerkmale
Aufgabe 2.1:
Was sind Verzweigungen und wie wirken sich Verzweigungen auf die Eigenschaften von Polymeren aus? Vergleichen sie LD-PE (Low Density Polyethylen) und HD-PE (High Density Polyethylen).
2,5 Pkt.
Aufgabe 2.2:
Ein weiteres wichtiges Strukturmerkmal sind Vernetzungen. Welche Polymertypen enthalten Vernetzungen?
1 Pkt.
Aufgabe 2.3:
Wann spricht man von einem Duroplast und wann von einem Elastomer? Gehen Sie auch kurz auf die Eigenschaften ein.
4 Pkt.
Aufgabe 2.4:
Trihydroxymethylmelamin (Trimethylolmelamin) ist ein wichtiger Precursor für Melamimharze. Zu welchem Polymertyp würden Sie Melaminharze zuordnen? Zei-gen Sie die Darstellungsreaktion von Trihydroxymethylmelamin und einen reprä-sentativen Ausschnitt aus dem resultierenden Polymernetzwerk.
3,5 Pkt.
Summe: 11 Pkt.
3
ChFA 20 5
3 Zustandsbereiche, Struktur und Molmasse
Aufgabe 3.1:
Warum kann man Thermoplaste unterhalb der Glastemperatur nicht mechanisch verformen?
2,5 Pkt.
Aufgabe 3.2:
Was versteht man unter dem „freien Volumen“ und warum ist das Vorhandensein des freien Volumens wichtig für die mechanische Verformung von Thermoplasten im gummielastischen Zustand?
3,5 Pkt.
Aufgabe 3.3:
Warum können Duroplaste im Gegensatz zu den Thermoplasten bei zunehmender Temperatur nicht schmelzen sondern zersetzen sich stattdessen?
4,5 Pkt.
Aufgabe 3.4:
a)
Zeichnen Sie das Kopf/Schwanz-Produkt der Polymerisation von Styrol. Geben Sie dazu zwei Wiederholungseinheiten an.
b)
Warum bildet sich das Kopf/Kopf- Produkt nicht? (Begründung).
c)
Zeichnen Sie das Kopf/Kopf- Produkt (zwei Wiederholungseinheiten).
4 Pkt.
Aufgabe 3.5:
a)
Poly(3-methyl-1-buten) bildet eine 41-Helix. Poly(4-methyl-1-penten) bildet eine 72-Helix. Zeichnen Sie die beiden Wiederholungseinheiten und begründen Sie, warum beim letzten Polymer die Helix aufgeweitet ist.
b)
Erklären Sie in Worten eine 72-Helix.
5,5 Pkt.
6 ChFA 20
3 Zustandsbereiche, Struktur und Molmasse
Aufgabe 3.6:
Berechnen Sie das Zahlenmittel der Molmasse für eine Polymerfraktion, die aus fol-gender Verteilung besteht:
2 Moleküle der Molmasse 200 g/mol
4 Moleküle der Molmasse 500 g/mol
2 Moleküle der Molmasse 1 000 g/mol
2 Moleküle der Molmasse 2 000 g/mol
2 Pkt.
Summe: 22 Pkt.
4
ChFA 20 7
4 Radikalische Polymerisation und technische Verfahren
Aufgabe 4.1:
Formulieren Sie in Schritten die radikalische Polymerisation von Vinylchlorid mit AIBN als Initiator. Falls es mehrere Reaktionsmöglichkeiten gibt, geben Sie bitte nur die wahrscheinlichste an.
a)
Geben Sie die Radikalbildung beim Initiator und die Startreaktion an.
b)
Geben Sie mit dem unter a) erhaltenen Molekül den ersten Schritt des Ketten-wachstums an.
c)
Geben Sie mit dem unter b) erhaltenen Molekül die Kettenübertragung auf das Monomer an.
d)
Geben Sie mit dem unter b) erhaltenen Molekül die Abbruchreaktion mit Chinon als Inhibitor an.
9 Pkt.
Aufgabe 4.2:
Polystyrol kann man durch Suspensionspolymerisation herstellen. Für ein gegebenes Reaktionsgemisch im Reaktor möchten Sie die Größe der erhaltenen Polymerperlen verringern. Wie können Sie beim gegebenen Gemisch im Reaktor vorgehen? (Be-gründung)
2,5 Pkt.
Summe: 11,5 Pkt.
8 ChFA 20
5
5 Kationische und anionische Polymerisation
Aufgabe 5.1:
Als Initiator für die kationische Polymerisation können starke Brönsted-Säuren oder Lewis-Säuren dienen. Zeigen Sie anhand der Valenzstrichformel, dass die Brönsted-Säure Hydrogeniodid keine Lewis-Säure ist.
2,5 Pkt.
Aufgabe 5.2:
Isobuten lässt sich kationisch polymerisieren.
a)
Formulieren Sie die Initiierung mittels Trichloressigsäure.
b)
Formulieren Sie die Wachstumsreaktion.
c)
Welchen Einfluss hat ein sehr unpolares Lösemittel auf die Wachstumsge-schwindigkeit? (Begründung)
d)
Formulieren Sie den Abbruch durch β-H-Eliminierung am Carbokation.
e)
Dem Reaktionsgemisch wurde Wasser zugeführt. Was passiert? (Formeln und Begründung)
9 Pkt.
Aufgabe 5.3:
Styrol lässt sich anionisch polymerisieren.
a)
Formulieren Sie die Initiierung mit Benzyllithium
b)
Formulieren Sie die Wachstumsreaktion.
c)
Äußern Sie sich zur Molmassenverteilung am Ende der Wachstumsreaktionen. (Begründung)
5 Pkt.
Summe: 16,5 Pkt.
6
ChFA 20 9
6 Koordinative Polymerisation
Aufgabe 6.1:
Polyisobuten wird, wie alle α-Olefine, hauptsächlich mittels koordinativer Polyme-risation hergestellt. Zeigen Sie anhand von Gleichungen, warum die radikalische Po-lymerisation des α-Olefins Isobuten nicht möglich ist.
6,5 Pkt.
Summe: 6,5 Pkt.
10 ChFA 20
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7 Polykondensation I
Aufgabe 7.1:
Technisch kann man Polyamid-66 durch Schmelzkondensation von AH-Salz darstel-len.
a)
Geben sie die Formel für das Salz aus einem Molekül Hexamethylendiamin (HMD) und einem Molekül Adipinsäure (AS) an.
b)
Erklären Sie in Worten, warum man durch die AH-Salzmethode die extrem ge-naue stöchiometrische Einwaage von HMD und AS vermeiden kann.
2 Pkt.
Aufgabe 7.2:
Warum müssen bei der Herstellung von Polyamid-6-6 durch Grenzflächenpolyme-risation die Ausgangsmonomere nicht extrem genau eingewogen werden?
2 Pkt.
Summe: 4 Pkt.
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ChFA 20 11
8 Netzwerke, Copolymere und spezielle Polymere
Aufgabe 8.1:
Sie stellen ein Alkydharz her aus Glycerin, Sebacinsäure und einem sehr geringen Anteil an Fettsäuren mit sehr wenigen Doppelbindungen. Welche Eigenschaften hat das entstehende Harz? (Begründung)
5,5 Pkt.
Aufgabe 8.2:
Warum kann man die Eigenschaften, die Blockcopolymere haben nicht einfach durch Polymer Blends mit gleichem Mischungsverhältnis erreichen?
1,5 Pkt.
Aufgabe 8.3:
Ein Seitenketten-LCP enthält zwischen Hauptkette und Mesogen in der Seitenkette eine Hexamethylensequenz. Äußern Sie sich zu den flüssigkristallinen Eigenschaf-ten (und begründen Sie diese), wenn die Hexamethylensequenz entfällt.
2 Pkt.
Summe: 9 Pkt.
12 ChFA 20
9
9 Charakterisierung und Verarbeitung
Aufgabe 9.1:
Warum wird die Bestimmung einer Molmasse mittels GPC sehr ungenau, wenn man Eichpolymere benutzt, die ganz anders im Lösemittel quellen als das zu bestimmen-de Polymer?
1,5 Pkt.
Aufgabe 9.2:
Warum kann ein fertiges Elastomer (z. B. in Form eines Stranges) nicht durch Schmelzextrusion und anschließendes Spritzgießen in eine andere Form gebracht werden?
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