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Experimente für den Chemieunterricht

Perlon-Herstellung

Lehrer
1

Zeitbedarf: 20 Minuten.
Kompetenz/Ziel: F: Bedeutung der Säureamidbindung bei Kunststoffen (Polyamiden).
E: Verstrecktes und unverstrecktes Perlon: Struktur-Eigenschaft-Modell
Material:
  • (altes) Becherglas 25mL
  • Glasstab
  • Pinzette
  • Tiegelzange
  • Brenner, Feuerzeug
  • Dreibein, Keramikfaserplatte
  • Messer
  • Becherglas 150mL (hohe Form) für die Reinigung der Glasstäbe
  • Filterpapier (Unterlage)
Chemikalien:
  • epsilon-Caprolactam
    (6-Aminocapronsäurelactam)
    CAS-Nr.: 105-60-2
    H302, H332, H315, H319, H335
    P302+P352, P304+P340, P305+P351+P338

Achtung
  • Ethanol
    CAS-Nr.: 64-17-5
    H225, H319
    P210, P240, P305+P351+P338, P403+P233
 
Gefahr
  • Natrium
    CAS-Nr.: 7440-23-5
    H260, H314
    EUH014
    P223, P231+P232, P280, P305+P351+P338, P370+P378,P422
 
Gefahr
  • Salzsäure w=32% (konz.)
    CAS-Nr.: 7647-01-0
    H314, H335, H290
    P260, P305+P351+P338, P303+P361+P353, P304+P340, P309+P311
 
Gefahr

Durchführung1:

In das Becherglas 25mL gibt man ca. 9g epsilon-Caprolactam und fügt ein sehr kleines Stückchen Natrium (ca. 0,01g) hinzu. Das Na-Körnchen sollte mit dem Glasstab tief in das Lactam eingedrückt werden. Dann schmilzt man vorsichtig den Reaktionsansatz mit nicht zu großer Flamme (Smp. epsilon-Caprolactam: 68-69°C). Bei ca. 100°C reagiert das Caprolactam mit dem Natrium. Danach erhitzt man rasch und hält die Schmelze so lange am Sieden, bis die Konsistenz zäher wird (Sdp ca. 260°C; die Dampfblasen werden merklich langsamer, die Schmelze honigfarben). Dann stellt man den Brenner aus und fühlt mit dem Glasstab, wie die Schmelze zunehmend zäher wird . Bald gelingt es, Fäden aus dem Becherglas zu ziehen. Nach dem Herausziehen des Fadens am Glasstab kann mit der Hand (Abstand >30cm vom Becherglas) weiter gezogen werden (ein zweiter Praktikant kann den Faden aufwickeln). Je nach Konsistenz und Abziehgeschwindigkeit werden die Fäden dünner oder dicker. Alle Gruppen ziehen Fäden aus dem gleichen Ansatz!

 

 

Durchführung2: Die erkalteten Fäden lassen sich verstrecken, wenn man an den Enden stark zieht. Beobachten Sie die Veränderung der Fadenstärke, evtl. über die Projektionsfläche des OHP. Erklärung?
Beobachtung: Durch Ziehen kann man die Fäden strecken. Sie sind sehr widerstandsfähig und reißen erst bei größerem Kraftaufwand.
Deutung: Das N-Natriumsalz des Caprolactams initiiert anionisch die ringöffnende Polymerisation des Lactams. Die Polymerisation beginnt aber erst dann, wenn die Mischung aus dem Caprolactam und seinem Natriumsalz auf ca. 250°C erhitzt wird. Bei dieser Temperatur ist die Polymerisation nach ca. 3 Minuten beendet. Erhitzt man die Schmelze länger als 6 Minuten auf 250°C, so nimmt die Viskosität merklich ab, die Schmelze ist nicht mehr verspinnbar.
Entsorgung: Glasstab in konz. HCl einweichen (evtl. mehrere Tage; besser: abschneiden, verschmelzen und kürzeren Glasstab weiter verwenden). Das Becherglas mit Perlon-Resten kann nicht gerettet werden: E3.
Quelle: ?
Diskussion: Verstrecken = Ausrichten der Polymermoleküle zu kristallinen Bereichen.
Hintergrund:       

Did. Hinweise: Diesen Versuch empfehlen wir als Ersatz für die Nylon-Herstellung: das Produkt zeigt typische Kunststoff bzw. Kunstfasereigenschaften, wie Reißfestigkeit, Verstreckbarkeit, Zähigkeit.
WWW: http://www.deutsches-strumpfmuseum.de/technik/garne/perlon/perlon.htm
(24.01.2007); zur Geschichte der Perlon-Faser.
http://www.geschichte.nrw.de/ueberblick.php ->1950, Wirtschaft (24.01.2007)

 

© Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de, Stand: 07.02.18

Didaktik der Chemie
Universität Bayreuth