Anionische Polymerisation im Sekundenkleber B V

Anionische Polymerisation
im Sekundenkleber
Klasse
5
8
9
10
11
NTG
12
X
SG, …
Schülerübung geeignet
ja
Kunststoffe
nein
Chemikalien
• Handelsüblicher Sekundenkleber (auf CyanacrylatBasis)
• Natronlauge (c(NaOH) = 1 mol/L)
• Wasser
Geräte
• Filterpapierstreifen
• Zwei Uhrgläser
• Zahnstocher o. ä.
• Fabrikneue Petrischale aus Polystyrol
• Heizplatte
Sicherheitshinweise: Nicht zu unterschätzen ist das Gefahrenpotential des Sekundenklebers! In
kürzester Zeit ist er in der Lage, Haut oder Augenlider zu verkleben. Kontakt mit Hautpartien und
vor allem mit den Augen muss daher unter allen Umständen vermieden werden!
V
Versuch 1:
• Je zwei Tropfen Sekundenkleber werden auf a) trockenes und b) gut durchfeuchtetes Filterpapier gegeben und sofort ein trockener Filterpapierstreifen aufgelegt.
• Nach etwa 20 Sekunden wird die Klebewirkung überprüft.
Versuch 2:
• Je zwei Tropfen Sekundenkleber werden in a) verdünnte Natronlauge und b) Wasser getropft und vergleichend beobachtet.
• Nach zwei bis drei Minuten werden die Tropfen mit z.B. zwei Zahnstochern entnommen und ihre Festigkeit überprüft.
Versuch 3:
• Auf die Bodeninnenseite einer fabrikneuen Petrischale gibt man
mittig einen Tropfen Sekundenkleber und drei Tropfen Wasser im
Abstand von ca. 2 cm (siehe Abbildung rechts).
• Die Innenseite eines fabrikneuen Petrischalendeckels aus Polystyrol wird mit einem Fingerabdruck versehen und der Deckel
dann auf die Schale aufgelegt.
• Die Petrischale wird auf eine lauwarme Heizplatte gestellt.
B
Versuch 1:
Wider erwarten lässt sich völlig trockenes Filterpapier nicht
zusammenkleben, nasses Filterpapier dagegen sehr gut.
Versuch 2:
In verdünnter Natronlauge härtet der Kleber „sekundenschnell“ aus. In Wasser hingegen bildet sich keine feste,
strapazierfähige Klebermasse.
Abbildung rechts: das linke Feld zeigt feste Klebermasse, das
rechte entsprechend weiche, nicht ausgehärtete Tropfen.
18_Ku_Anionische_Polymerisation_Sekundenkleber_CA.doc
Versuch 3:
Nach kurzer Zeit wird ein Fingerabdruck aus Cyanacrylat im
Petrischalendeckel sichtbar.
E
Sekundenkleber sind sog. Cyanacrylat-Klebstoffe, die der Gruppe der Reaktionsklebstoffe angehören. Ihre Wirkung beruht auf der Reaktion von monomeren
2-Cyanoacrylsäureestern, insbesondere der Methyl-, Ethyl oder Butylester, die sehr
schnell (Alltagsbezeichnung!) zu hochmolekularen, unvernetzten Polymeren aushärten.
Zur Initiierung dieser anionischen Polymerisation genügen im allgemeinen Spuren von
Wasser (z. B. aus dem Fingerabdruck). Die Feuchtigkeitsschicht an der Klebefläche
der Fügeteile genügt. Hier liegen in geringen Mengen Hydroxidionen vor, die leistungsfähige Nucleophile darstellen. Bei hoher Konzentration an Hydroxidionen verläuft
die Polymerisationsreaktion entsprechend schnell (Versuch 2). Allerdings kann die
Startreaktion auch allein durch Wassermoleküle ausgelöst werden.
Start- und Polymerisationsreaktion laufen nach den folgenden Reaktionsgleichungen
ab.
mesomeriestabilisiertes
Anion
Sekundenkleber sind nur für kleine Klebeflächen geeignet. Bevorzugte Materialien
sind Metalle, Glas oder Keramik, die einen extrem dünnen Klebespalt ermöglichen.
Verklebungen mit Cyanacrylat-Klebstoffen sind allerdings nicht dauerhaft feuchtigkeits- oder temperaturstabil, da unter entsprechenden Bedingungen das Polymer wieder gespalten wird. Diese Eigenheit verhalf den Cyanacrylat-Klebstoffen zu ihrem inzwischen etablierten Einsatz als Wundkleber. Durch die feucht-warmen Umgebungsbedingungen des Körpers lösen sich diese Verklebungen langsam wieder auf.
Tipps und Tricks
Vor dem Versuch 1 kann man abstimmen lassen, ob Sekundenkleber nasses oder
trockenes Papier besser zusammenklebt. In der Kriminalistik werden Fingerabdrücke
auf Kleidungsstücken mit Cyanacrylat-Dämpfen sichtbar gemacht.
Entsorgung
Hausmüll
Literatur
Falbe, J., Regitz, M.(Herausg.): Römpp Lexikon Chemie, Band 2 - Stuttgart: Thieme
Verlag, 1997, 10. Auflage.
Kristoferitsch, Lisbeth: Klebstoffe. Präsentation im Rahmen des Seminars. „Organisch-chemische. Schulversuche“. SS 2003 an der Universität Graz. Online im www
unter URL http://www.chemiedidaktik-graz.at/content/pdf/klebstoffe.pdf
18_Ku_Anionische_Polymerisation_Sekundenkleber_CA.doc