Kunststoff Polystyrol Dichtheit

Worms · Gast

Meine Frage:
Hallo! Wie gasdicht ist Polystyrol? Durch Photooxidation bilden sich ja Oxide an der Oberfläche. Diesen Vorgang kenne ich soweit. Aber gibt es auch Sauerstoff der durch die Herstellung im massiven Kunststoff gebunden ist? Kann dieser sich eventuell dann auch heraus lösen mit der Zeit? Und reißt er dann andere Atome wie C oder ha mit sich, weil diese vielleicht nicht so stark aneinander gebunden sind? Sprich erzeugt das dann im Kunststoff geringe Schäden wenn die Gas Atome austreten? Und gibt es auch den Vorgang das Sauerstoff aus der Umgebung in das Polystyrol hinein diffundiert und wieder austritt? Bzw. dabei Schäden verursacht?

Meine Ideen:
Keine Ahnung

OC-Gast · Gast

Polystyrol weist eine relativ hohe Sauerstoffpermeabilität(Durchlässigkeit) bzgl. O2 auf.
Bei der Herstellung von "kompaktem" PS kann man die Bedingungen so wählen,daß dort kein Sauerstoff auftritt und sich irgendwie löst.
PS ist relativ empfindlich gegenüber photooxidativen Prozessen,welche die allgemeine Oberflächenalterung bewirken.
In das PS diffundierter Sauerstoff wird jedoch dort keine Atome des PS-Kunststoffs "mitreissen",die sind dort kovalent gebunden und werden nur mit Sauerstoff reagieren,wenn auch das Licht bis in diese Tiefen vordringt.
In der Regel erfolgt eine von der Oberfläche her beginnende Alterung in Form des Vergilbens.dadurch wird auch die Lichtdurchlässigkeit mit der Zeit verringert.

OC-Gast.

Worms · Gast

Das heißt wenn Sauerstoff durch das Polystyrol hindurch diffundiert (also rein und wieder raus geht), dann werden keine Atome aus der chemischen Bindung des Polystyrol mitgerissen?
Und wenn Sauerstoff durch die Herstellung im Polystyrol gebunden ist dann löst sich der nicht einfach heraus?
Und wenn, dann würde er auch keine anderen Atome mitreissen?

OC-Gast · Gast

richtig,der Sauerstoff als Gas "wandert" rein pysikalisch durch den Kunststoff.
Der ist chemisch so aufgebaut,daß er mit Sauerstoff als O2-Gas so gut wie nicht reagiert.Erst bei einer "Aktivierung" durch Licht kann eine chemische Reaktion erfolgen.Bei dieser "Photooxidation" wird der Sauerstoff chemisch an den Kunststoff gebunden,da wird nichts heraus gerissen.
Mit der Zeit kann es im weiteren jedoch zu einem langsamen Abbau des PS kommen,es bilden sich flüchtige Verbindungen wie CO2 und H2O.
Das geschieht aber recht langsam.

OC-Gast.

Worms · Gast

Diese Bildung von Co2 und H20 ist dann die Photooxidation und dann nur an der Oberfläche?

OC-Gast · Gast

Das sind nur die allerletzten Reaktionsschritte,bzw. Produkte der Photooxidation.
Durch das Sonnenlicht "angerergter" Sauerstoff ist reaktiver und reagiert mit verschiedenen Stellen des PS-Kunststoffs.
Dieser Vorgang läuft zum größten Teil nur an der Oberfläche,wo das Licht noch wirksam ist.
Dabei bilden sich verschiedene funktionelle Gruppen wie Hydroperoxide u.ä. an den PS-Polymermolekülen.
Man sieht die Veränderung durch die Reaktionen anhand Verglibung und Versprödung solcher Kunststoffe.
Das sind aber sehr langsame Prozess.
Was ist der Hintergrund der Fragen,gibt es ein spezielles Problem?

OC-Gast.

The Crow · Gast

„…reißen dabei andere Atome mit sich“ finde ich nicht richtig formuliert, eher:

Die Kohlenwasserstoffe sind nicht so stabil wie Metalle, molekulare Bindungen können brechen.

Wenn die Bruchstücke dann klein genug sind werden sie mobil und dampfen ab. Das sieht man im „Restgas-Untergrund“. Das kleinste Bruchstück wäre ein Kohlenstoffatom mit ein paar Wasserstoffatomen. Entspricht Methan, Atommasse ca 16 amu. Jedes weitere Bruchstück einer Kette hat ein Kohlenstoff (12 amu) und 2 Wasserstoffatome (je 1 amu) mehr, zusammen Masse 14 amu. Im typischen Restgasspektrum finden sich „Hügel“ für Massen >45 amu, Bruckstücke dieser Kohlenwasserstoffe die sich immer um diese Masse 14 amu unterscheiden.

OC-Gast · Gast

Worms · Gast

Danke für eure Ausführungen.

Mir ging es allgemein um die "Dichtheit" und die "Beständigkeit" von Polystyrol gegenüber Sauerstoff.
Der Vergleich zu den Metallen ist interessant.
DAs Metalle einen eigenen Dampfdruck haben wusste ich gar nicht.
Laut Google nennt man das dann wohl Sublimation.
Die Reaktion mit Sauerstoff kann laut google entweder zu Rost oder je nach Legierungsart zur Bildung einer undurchlässigen Passivschicht führen.

Allgemein bleibt, dass es Reaktionen mit Sauerstoff geben kann. Bevorzugt bei Kunststoffen durch Licht hervor gerufen.
Aber weder die Reaktionen mit Sauerstoff bei Polymeren noch bei Metallen sind ein heraus reißene.

Das bedeutet dann wohl das Gase durch Kunststoffe und Metalle hindurch diffundieren können, oder auch bereits enthaltenes Gas hinaus diffundieren kann, ohne das dabei andere Atome mit heraus gerissen, bzw. mitgenommen werden.
Nur ist Metall nicht so durchlässig ie Kunststoff und dementsprechend würde so eine Diffusion durch eine Metallwand sehr, sehr lange dauern.

Passt die Zusammenfassung soweit?

OC-Gast · Gast

Das kann man so zusammenfassen.
Metalle weisen in der Regel eine höhere Dichte als Kunststoffe auf,was ein wichtiger Faktor für die Gaspermeabilität ist.
Man die Werte für die verschiedenen Kunststoffe und Gase (z.B. H2,CO2,O2..) nachschlagen und vergleichen.
Bei der nomalen Diffusion werden keine kovalent gebundenen Atome mitgerissen,schon im Kunststoff enthaltene niedermolekulare Verbinden
(Monomere des Polymers,Wasser,CO2..) können dagegen ausgasen,je nach vorliegenden Druckverhältnissen.
Ein Alltagsbeispiel für Gasdiffusion wäre bei kohlensäurehaltigen Getränken in PET-Gebinden,wo mit der Zeit das CO2 sich verflüchtigt.

OC-Gast.

Worms · Gast

Jetzt muss ich nochmal was nachfragen.
Monomere sind die Reste im Kunststoff die bei der Polymerisation nicht vollständig umgesetzt wurden.

Kovalente und nieder molekulare Verbindungen werden nicht von den austretenden Gasen mitgerissen, sind aber auch zwei verschiedene Dinge.
Nieder molekulare Verbindungen sind nicht automatisch auch kovalente Bindungen?

OC-Gast · Gast

Monomere sind die Edukte für eine Polymerisation.Da solche Reaktionen nicht immer vollständig ablaufen,verbleiben solche nicht verbrauchten Monomere als solche im späteren Polymerkunststoff.
Sie sind nur physikalisch darin "gebunden"nicht chemisch mit dem Polymer verbunden.Auch Lösungsmittel u.ä. aus der Polymerisationsreaktion können im Kunststoff(hier PS) enthalten sei.
Im Vakuum und meist bei höheren Temperaturen können diese Stoffe aus dem Kunststoff freigegeben werden(s. degassing).
Niedermolekulare Verbindungen sind chemische Verbindungen mit einer realtiv niedrigen molaren Masse.Dazu können einfache Moleküle wie wasser und CO2 gehörren,aber auch organsche Verbindungen wie die oben genannten Monomere.Aufgrund der niedrigen molaren Masse weisen sie eine realtiv hohe Flüchtigkeit auf,wodurch sie leichter vom Kunststoff abgegeben werden können.
In der Regel sind die NMV kovalent aufgebaut.

OC-Gast.

Worms · Gast

Ah ich verstehe.

Also kein mitreißen, auch nicht von Niedermolekularen Verbindungen oder kovalenten Verbindungen.

Aber einen Stickstofftank aus Polystyrol sollte man nicht bauen. . .
Prost

OC-Gast · Gast

Nein,kein "Mitreissen".
Das würde ja einen stärkeren Gasstrom implizieren,der rein kinetisch andere Moleküle voran triebe.
Die Diffusion des O2 ist sehr langsam und schon im Kunststoff enthaltene NMV würden nur bei enpsrechenden Vakua ausgasen.
Und ein Tank für flüssigen Stickstoff sollte man definitiv nicht aus einem Material herstellen,welche bei der Temperatur von N2(l) sehr spröde wird und leicht zerplatzen würde.
Generell muß man beim Material für "Gastanks" aufpassen,so ist für Wasserstoff auch nicht jede Stahlsorte geeignet.

OC-Gast.

Worms · Gast

Ich habe mal mit meinem Freund gesprochen wie er dieses mitreißen gemeint hat.
Er meinte es wohl so, dass wenn die Gasförmigen Bestandteile sich aus dem Material entfernen, sie auf dem Weg hinaus neue Bindungen eingehen, weil die anderen Elemente nicht so fest an ihre jeweiligen Partner gebunden sind und sich dann an den z.b. Sauerstoff binden und mit ihm das Material verlassen.

Aber so wie ich dich verstehe ist auch das nicht der Fall.
Schon gar nicht bei Metallen.

OC-Gast · Gast

Danke,daß du da noch mal bei ihm nachgefragts hast,welches bild er vor Augen hat.
In dem Sinne wird nichts "mitgerissen",da sind auch keine locker gebundenen Atome im PS vorhanden.
Wie oben beschrieben gibt die sogenannte "Photooxidation",wo durch Licht angeregter Sauerstoff mit bestimmten funktionellen Gruppen/Strukturen des Polystyrols chemisch reagieren kann.Da sind einige Gruppen reaktiver,aber lose liegt da kein Atom vor.
Der Prozeß verläuft überwiegend an der Oberfläche des PS,da dort die O2-Konzentration viel höher ist als interne Bereiche und die Anregung durch Licht begünstigt ist.
Im Laufe dieser Oberflächenoxidation wird das Material spröde und trübe,aber das verläuft relativ langsam.
Diese Veränderungen beruhen auf chemischen Reaktionen,nicht auf der kinetischen Interaktion(Kollision) von Luft- und PS-Molekülen.

OC-Gast.

Worms · Gast

Danke dir!
Dann sage ich ihm das seine Vorstellung falsch ist.
Das die Gase nichts anderes mit sich nehmen auf dem Weg hinaus.

Eine letzte Frage bitte noch:
Waren Kunststoffe damals besser wie heute?
Es gibt ein Kunststoffmuseum in Deutschland und da werden teils 60 Jahre alte Gebrauchsgegenstände ausgestellt.
Auch aus Polystyrol und die sind fabrikneu.
Das verstehe ich nicht.
Ich hätte da mindestens eine Vergilbung erwartet.

OC-Gast · Gast

Ich kenne jetzt nicht die Exponate in dem Kunststoffmuseum,kann also nicht sagen,woraus sie genau bestehen und wie sie gelagert wurden.Aber ein Unterschied im "Vergilbungsgrad" liegt nicht daran,daß früher "bessere" Kunststoffe hergestellt wurden.
Es ist vielmehr so,daß man,im Vergleich zu den Anfängen der Polymerchemie, viel genauer die Eigenschaften der Produkte durch entsprechende Reaktionsarten/prozesse beeinflussen kann.
Allein beim PS gibt es verschiedene Typen,die sich u.a. durch ihre Taktizität unterscheiden.Solche Unterschiede beeinflussen auch die mechanischen Eigenschaften,bzw. das chemische Reaktionsverhalten in bestimmtem Maße.
Einige Polymerisationsverfahren waren vor 60 Jahren noch nicht entwickelt.

OC-Gast.