Recycling von PEAT-Getränkeflaschen

Kunststoffe, Recycling, PET
© Bernhard Sieve
Bernhard Sieve
Klassen- bzw. Kursstufe: Sek. II,
Themenbereich: Organische Verbindungen, Ester (vgl. Material1 )
Kompetenzbereiche: Struktur-Eigenschafts-Konzept, Chemische Reak-tion, Kommunikation
Inhaltliche Voraussetzungen:
Stoffklasse der Ester und ihrer Eigenschaften, Mechanismus der säurekatalysierten Veresterung und der alkalischen Verseifung, Nachweise für Alkanole (Ammoniumhexanitratocer(IV)-Reagenz) und für Carboxylate (Zugabe von Eisen(III)-chloridlösung), Mesomeriestabilisierung des Carboxylat-Ions, Recyclingformen für Kunststoffe.
Angaben zum Versuch:
Es wurde die Verseifung von Ethylethanoat (Ethansäureethylester) durchgeführt. Dazu gibt man 20mL Wasser und 10mL Ethylethanoat in einen Erlenmeyerkolben und tropft ein paar Tropfen Phenolphthaleinlösung ( %ig) zu. In die Mischung wird ein Rührstäbchen gegeben und der Ansatz anschließend auf einen Magnetrührer gestellt. Nach Inbetriebnahme gibt man 2mL Natronlauge (2mol/L) zu und wartet, bis die Pinkfärbung des Indikators wieder verschwindet. Dieser Schritt wird mehrfach (etwa 5 x) wiederholt.
Von der Lösung werden anschließend je 2mL in zwei Reagenzgläser gegeben. In eines der Reagenzgläser gibt man 3 bis 5 Tropfen Ammoniumhexanitratocer(IV)-Reagenz und in das andere 5 Tropfen Eisen(III)-chloridlösung (10%ig) als Nachweisreagenzien.
Lösungserwartungen:
Aufgabe 1:
(Anforderungsbereich I/II)
Zeichnen der Strukturformeln von Ethan-1,2-diol und Terepthalsäure.
Polyreaktion: Es handelt sich um eine Polykondensation.
Begründung des Thermoplasten: Bifunktionelle Monomere bilden lange Polykondensatketten, die über Wechselwirkungen zwischen temporären Dipolen zusammengehalten werden. Fehlende Quervernetzungen sprechen gegen duroplastische Eigenschaften. (6 BE)
Aufgabe 2:
(Anforderungsbereich II/III)
Wertstoffliches Recycling: Sortenreine, thermoplastische Kunststoffe werden gereinigt, zu Recyclat geschmolzen und für neue Produkte aus dem Kunststoff umgeschmolzen.
Rohstoffliches Recycling: Zerlegen der sortenreinen Kunststoffe in Monomere oder Spaltprodukte durch Hydrolyse oder Pyrolyse, die Spaltprodukte werden für petrochemische Erzeugnisse verwendet. (6 BE)
Herkömmliches PET-Recycling: Wertstoffliches Recycling.
Bottle-to-bottle-Verfahren: Es handelt sich um wertstoffliches Recycling mit rohstofflicher Verwertung, da im letzten Schritt PET durch Natronlauge verseift wird. Die Monomere könnten theoretisch separiert und für neues PET verwendet werden. (4 BE)
Beurteilung des PET-Recyclings:
Vorteile: Vergleichsweise hohe Herstellungskosten für PET, hohe Recyc-lingquote für PET, leichte Recycelbarkeit, dadurch Mehrwegnutzung möglich.
Nachteile: Eingeschränkte Mehrwegnutzung. Für PET-Einwegverpackungen werden nur 28% Recyclat verwendet, der Rest an rPET wird für die Herstellung von Folien und Fasern verwendet. Dadurch ist der Anteil an petrochemisch erzeugtem PET für die Herstellung von PET-Flaschen (Einweg) noch immer relativ hoch.
Ziel: Um die Umweltbilanz zu optimieren, ist ein höherer Anteil an rPET für die Bildung neuer Getränkeflaschen nötig (geschlossener Recyclingkreislauf). (8 BE)
Aufgabe 3:
(Anforderungsbereich II/III)
Beobachtungen: Die Pinkfärbung verschwindet nach kurzer Zeit. Bei erneuter Zugabe von Natronlauge färbt sich die Lösung wiederum pink. Die Färbung verschwindet wieder nach kurzer Zeit. Der Vorgang läuft wiederholt ab. Nachweisreaktionen: Zugabe von Ammoniumhexanitraticer(IV)-Reagenz: Die Lösung färbt sich rötlich.Blindprobe Wasser: Die Farbe ist hell gelb-orange. Zugabe von gelblicher Eisen(III)-chloridlösung: Die Lösung färbt sich orangebraun. (4 BE)
Auswertung: Verseifung des Esters durch Natronlauge. Es entstehen Acetat-Ionen (positiver Nachweis mit Eisen(III)-chloridlösung) und Ethanol-Moleküle (Nachweis mit Ammoniumhexanitratocer(IV)-Reagenz). Aufstellen der Reaktionsgleichung in Struktuformelschreibweise. (5 BE)
Sachgerechte Beschreibung des...

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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Chemie Nr. 169 / 2019

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