Werkstoffkunde II Kunststoffe
Kunststoffe
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Definieren Sie den Begriff Kunststoffe.
Kunststoffe entstehen synthetisch oder durch Abwandlung vorhandener organischer Naturstoffe
Beschreiben Sie die möglichen Bindungsverhältnisse zwischen C-Atomen innerhalb einer Kohlenstoffkette. Geben Sie zu jeder Bindungsmöglichkeit ein konkretes Beispiel mit Namen, Summen- und Strukturformel der Verbindung an.
Unterscheiden Sie in diesem Zusammenhang zwischen "gesättigten" und "ungesättigten" Verbindungen
Bei gesättigten Verbindungen sind die Kohlenstoffatome durch Einfach-Bindungen miteinander verbunden. Sie besitzen eine maximal mögliche Anzahl von Wasserstoffatomen
Bei ungesättigten Verbindungen sind die Kohlenstoffatome Doppel-, oder Dreifachbindung miteinander verbunden, die Anzahl der Wasserstoffatome ist entsprechend reduziert.
Kunststoffe sind aus Makromolekülen, die auf unterschiedliche Weise entstehen können, aufgebaut. Erläutern Sie die drei möglichen Reaktionsmechanismen (Polymerisation, Polyaddition und Polykondensation). Geben Sie jeweils ein Beispiel, wo diese Verfahrensweisen in der Zahntechnik eingesetzt werden.
Polymerisation
Verkettung von gleichen Grundmolekühlen zu einem Makromolekühl. Keine Nebenprodukte.
PVC, PE, PP
Polyaddition
kettenförmige Zusammenlagerung von wenigstens 2 verschiedenen Grundprodukten zu einem Makromolekühl. Ohne abspaltung von Nebenprodukten
Polyurethane / Epoxidharze
Polykondensation
kettenförmige zusammenlagerung von verschiedenen Grundmolekühlen zu einem Makromolekül, wobei Nebenprodukte abgeschieden werden.
PA, PES
Erläutern Sie den Zusammenhang zwischen Polymerisationsgrad und Polymerisationstemperatur.
Bei hohen Starttemperaturen haben wir einen geringen Polymerisationsgrad und umgekehrt.
Wie verläuft grundsätzlich die Abgabe des Restmonomers bei Kaltpolymerisaten und wie ist dieser Tatsache bei der Herstellung von Prothesen Rechnung zu tragen?
Die Abgabe des sogenannten „Residualmonomers“ erfolgt zeitnah nach der Polymerisation. In den ersten 24 Stunden ist die Reduzierung des Restmonomeranteils am höchsten, wenn die Prothese in lauwarmem Wasser gelagert wird.
Die in der Zahntechnik eingesetzten Kunststoffe werden zu großen Teilen den sogenannten Thermoplasten zugerechnet. In welcher Weise ist dieser Tatsache beim Polieren Rechnung zu tragen?
Die Oberflächenglättung und –Verdichtung sollte nur mit ausreichender Kühlung, wenig Druck und geringer Umdrehungszahl vorgenommen werden, da sich sonst die Prothese verformen kann.
- Das Kettenwachstum ist ein exothermer Vorgang. Erläutern Sie anschaulich, warum beim Übergang von Monomer in Polymer Wärme entsteht.
Beim Einbau in die Kette, geben die Monomermoleküle ihre Bewegungsenergie in Form von Wärme ab.
Abformsilikone kommen als Polykondensate oder als Polyaddukte vor. Erläutern Sie die Unterschiede für den Laboralltag.
Polykondensate sind hydrophil, sie müssen innerhalb von 24 Stunden ausgegossen werden, da sie sonst quellen. Polyaddukte nehmen kein Wasser auf, müssen aber vor dem Ausgießen mit einem Oberflächenentspanner behandelt werden.
- Erläutern Sie den Begriff GERICHTETE POLYMERISATION am Beispiel des SR Ivocap Systems. ( Skizze !!)
Warum Butan als Flüssiggas bezeichnet, obwohl es doch bei Raumtemperatur gasförmig ist?
Butan ist das bei Raumtemperatur schwerste Gas; es reicht geringer Druck aus, um es in den flüssigen Zustand zu überführen.
Nennen Sie die 5 Polymerisationsregler und geben Sie an, wo jeweils diese Polymerisationsregler untergebracht sind. ( Monomer oder Polymer)
Moderatoren = Monomer
Inhibitoren = Monomer
Aktivatoren = Polymer
Akzeleratoren = Polymer
Stabilisatoren = Monomer
Warum wird in der Kieferorthopädie als Kunststoff häufig Orthocryl eingesetzt?
Aufgrund seiner großen Oberfläche ist das Orthocryl für die Streutechnik optimal geeignet, bzw. sogar für diese Technik entwickelt worden. Es entsteht ein standfester Brei, der nur wenig Tendenz besitzt, zu verlaufen.
Nennen Sie 4 Gründe für die Beendigung der Polymerisation.
- Kein oder nahezu kein Monomer mehr vorhanden
- Starke Abkühlung
- Ringschluß der Ketten
- Kettenende wird durch freien Wasserstoff gebildet
Was sind Composite und wo werden sie eingesetzt?
Composite sind mineralisch gefüllte Kunststoffe, die als Füllungsmaterial im Seitenzahnbereich ihren Einsatz finden.
Welchen inneren Aufbau zeigen Kunststoffe?
Kunststoffe bestehen aus langen Ketten und zeigen einen amorphen (gestaltlosen) Aufbau. Sie haben Primär- und Sekundärverbindungen.
Was ist ein Makromolekül?
Die kleinen Bausteine (Monomer oder Grundmoleküle genannt) lagern sich
Was sind Primär-, was sind Sekundärbindungen bei Kunststoffen?
Die Gesamtheit aller Atombindungen, die im Polymer vorkommen, werden als Primärbindungen bezeichnet.
Sekundärbindungen innerhalb der Polymere entstehen durch Kohäsionskräfte oder durch mechanische Kräfte zwischen den einzelnen Makromolekülen.
Makromoleküle können sich auf 3 verschiedene Arten bilden. Nennen und erklären Sie diese.
Polymerisation:
Zusammenlagerung von vielen gleichen Grundmolekülen zu einem Makromolekül ohne Abspaltung von Nebenprodukten
Polykondensation:
Zusammenlagerung von vielen gleichen oder verschiedenen Grundmolekülen zu einem Makromolekül unter Abspaltung von Nebenprodukten ( z.B. Wasser, Salzsäure)
Polyaddition:
Bildung von Makromolekülen aus verschiedenen Einzelmolekülen ohne Abspaltung von Nebenprodukten. Das entstehende Makromolekül ist stöchiometrisch gleich zusammengesetzt wie der Ausgangsstoff
Nennen Sie die Eigenschaften des MMA. Welche Konsequenz für den Umgang mit Monomer leiten Sie aus den Eigenschaften ab?
- brennbar
- farblos
- fettlösend
- charakteristischer Geruch
- Siedepunkt 100,3°
- licht und wärmeempfindlich
- leicht flüchtig
- kann Allergien auslösen
Die enstehenden Dämpfe sollten nicht eingeatmet werden, da sie gesundheitsschädlich sind.
Haut & Augen schützen
Der Arbeitsplatz muss gut belüftet sein MAK 50ppm
Was versteht man unter Perl-,/ Splitterpolymerisat ? Wie entstehen diese Polymerisate?
Das Monomer wird im Block auspolymerisiert. Dann wird es mechanisch durch Fräsen oder Mahlen (Zersplittern) gewonnen.
Warum werden in der Zahntechnik hauptsächlich Perlpolymerisate verwendet?
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Welche Grundvoraussetzungen müssen polymerisationsfähige Verbindungen erfüllen?
Es muß eine Doppelbindung in eine Einfachbindung aufgespalten werden können
Erklären Sie das Prinzip der Polymerisation.
- Grundmolekül
- Aufspaltung der Doppelbindung
- aktivierte Grundmoleküle
Was sind Polymerisationsregler, -mittel? Welche Gruppen gibt es? Nennen Sie die Auf-gaben der einzelnen Regler und ordnen Sie die Regler dem Monomer bzw. dem Polymer zu.
Damit die Polymerisation kontrolliert ablaufen kann müssen dem Monomer und dem Polymer Stoffe hinzugesetzt werden.
Katalysatoren: Stoffe die eine chemische Reaktion beeinflussen ohne sich selbst zu verbrauchen
Stabilisatoren: Stabilisiert das Grundmolekül
Inhibitoren: Verhindert oder verzögert die Polymerisation
Aktivatoren: Setzt die Polymerisation in Gang
Akzeleratoren: Beschleuniger
Moderatoren: Steuert die Reaktion
Erkläre den Vorgang der Vernetzung.- Nennen Sie Vor- und Nachteile vernetzter Kunststoffe
- Vorgang:
Durch Verknüpfung mehrere Makromoleküle entsteht Vernetzung. Je mehr Verknüpfungen entstehen, umso höher ist der Vernetzungsgrad Vorteile
Durch die Vernetzung wird eine Steigerung der Härte und damit der Dauerfestigkeit erreicht. Die Abriebfestigkeit wird erhöht, ebenso die Wärmefestigkeit (formbeständig bis über 200° C). Dadurch wird eine Wärmebehandlung ermöglicht, wodurch Restmonomere und Spannungen beseitigt werden können.
Der vernetzte Kunststoff besitzt eine hohe Chemikalienresistenz, d.h. er ist unlöslich in Lösungsmittel (z.B. Monomere, Chloroform, Aceton). Nachteile
- zunehmende Versprödung
- Abnahme der Schlag- und Biegefestigkeit
- Schlechtere Löslichkeit des Monomers (geringere Reparaturfähigkeit)
Welche Besonderheiten weisen Composites auf und wo werden sie eingesetzt?
(Compos ites = zus amm enges etztes) Besonderheiten:
Sie bestehen aus PMMA u. mindestens 50% Füllstoffen (die die negativen Eigenschaften des PMMA ausgleichen sollen)
sie sind lichtdurchlässig
(Composites werden vorwiegend im Munde als Füllungsmaterial bzw. als Kle ber für Keramikinlays und Vollkeramikkronen eingesetzt.)
Was sind Autopolymerisate u. wo werden sie eingesetzt?
Autopolymerisate sind Chemopolymerisate, die ohne Energiezufuhr aushärten. Sie besitzen eine hohe Zahl von Akkzelleratoren.
Warum werden Kaltpolymerisate unter Druck polymerisiert?
Bei der Kaltpolymerisation ist keine Aufheizung auf 100°C wie bei der Heißpolymerisation erforderlich. Deshalb findet bei der Kaltpolymerisation auch keine Abkühlungsschrumpfung der Gipsform und des Kunststoffes statt. Weitere Vorteile der Kaltpolymerisation sind:
- Kürzere Polymerisationszeit
- Die Gefahr einer Wasserschädigung des Kunststoffes ist sehr gering - Um den Siedepunkt des Monomers heraufzusetzen
Warum haben Prothesenbasen aus Heißpolymerisaten eine schlechtere Paßform als Prothesenbasen aus Kaltpolymerisaten?
Neben der Polymerisationsschrumpfung tritt bei den Heißpolymerisaten noch eine thermische Kontraktion beim Abkühlen der Küvette ein
Warum haben Heißpolymerisate eine geringere Polymerisationskontraktion als Kaltpolymerisate?
Heißpolymerisate werden mit weniger Monomer angeteigt. Dadurch kann auch weniger Monomer schrumpfen.