Abitur BW Chemie 2026 · LK · Nachhaltige Luftpolsterverpackungen

Nachhaltige Luftpolsterverpackungen

Zum Schutz von Versandgütern werden häufig Luftpolsterverpackungen eingesetzt. Ein deutsches Unternehmen geht in diesem Bereich einen neuen Weg und hat Luftpolsterverpackungen entwickelt, die aus mit Polyvinylalkohol beschichtetem Papier bestehen. Diese können über den Weg des Papierrecyclings aufgearbeitet werden.

Material 1: Herstellung von Polyvinylalkohol [1], [2]

Polyvinylalkohol (PVA) besteht aus Makromolekülen, die Hydroxygruppen als Substituenten haben (Abb. 1). Für die Herstellung dieser Makromoleküle verwendet man Ethenylacetat (Abb. 2). Dieses wird zunächst mit einem Starter versetzt, wodurch sich letztendlich Polyethenylacetat bildet. Dieses Polymer wird im Anschluss mit Methanol zur Reaktion gebracht und es entstehen Polyvinylalkohol (PVA) und Ethansäuremethylester.

Material 2: Gewinnung von Ethenylacetat [2]

Ethenylacetat lässt sich beispielsweise nachhaltig aus Ethanol, das ausschließlich aus Biomasse hergestellt wurde, gewinnen.

Die Herstellung beginnt mit drei katalytisch gesteuerten Reaktionen, bei denen jeweils Wasser abgespalten wird. Als erstes stellt man aus Ethanol Ethen her. Danach folgen zwei Schritte, die Sauerstoff benötigen. Zunächst wird aus einem Teil des Ethens Ethansäure synthetisiert. Anschließend lässt man im letzten Schritt den anderen Teil des Ethens mit der Ethansäure zu Ethenylacetat reagieren.

Material 3: Herstellung von Luftpolsterbeuteln [3], [4]

Bei der Herstellung einer Luftpolsterverpackung wird zunächst Papier mit einer Kunststofffolie aus Polyvinylalkohol beschichtet. Danach werden zwei der kunststoffbeschichteten Papierstücke mit der Kunststoffseite aufeinandergelegt und an drei von vier Seiten durch gezieltes Erwärmen verschweißt. Zum Schluss wird die so entstandene Tasche mit Luft gefüllt und durch Verschweißen der vierten Seite luftdicht verschlossen.

Konventionelle Luftpolsterbeutel werden in der aus zwei Lagen reinem Polyethen (PE) hergestellt, die nach dem gleichen Verfahren wie beim PVA-beschichtetem Papier verarbeitet werden.

Material 4: Aufbereitung der ausgedienten Luftpolsterbeutel [6]

Mit PVA beschichtete Papiere können über die Altpapiersammelsysteme entsorgt werden, denn im Papierrecyclingprozess löst sich PVA und stellt daher für die Papierwiedergewinnung kein Hindernis dar.

Der gelöste PVA ist biologisch abbaubar, eventuell gebildetes Nano- und Mikroplastik kann sich so nicht anhäufen.

Material 5: Polyethen [7]

Für die Herstellung von Polyethen (PE) existieren etablierte Herstellungsmethoden. Standardmäßig wird Polyethen aus fossilen Rohstoffen wie Erdöl oder Erdgas hergestellt. Es gibt aber auch Bemühungen, Ethen aus Ethanol, das aus Zuckerrohr gewonnen wird, als Rohstoff einzusetzen. Ein Beispiel dafür ist I’M GREEN™ BIO-BASED POLYETHYLENE (Bio-PE, biobasiertes Polyethylen).

Polyethen ist verhältnismäßig einfach zu verarbeiten.

Das Polyethen aus herkömmlichen Luftpolsterfolien lässt sich werkstofflich recyclen. Da I’M GREEN™ BIO-BASED POLYETHYLENE (Bio-PE, biobasiertes Polyethylen) nicht biologisch abbaubar ist, bleibt das Kohlenstoffdioxid, das während des Wachstumszyklus der Zuckerrohrpflanze gebunden wurde, während des gesamten Lebenszyklus im Kunststoff gespeichert.

Die Gasdurchlässigkeit von PE-Folien ist höher als die von PVA-Folien.

1 Skizzieren Sie ein Übersichtsschema der einzelnen Reaktionsschritte bei der Gewinnung von Polyvinylalkohol aus Ethanol. Weisen Sie darin sämtliche Stoffe aus (M 1, M 2).

Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für den letzten Schritt der Ethenylacetatsynthese (M 2).

Nachhaltige Luftpolsterverpackungen

Zum Schutz von Versandgütern werden häufig Luftpolsterverpackungen eingesetzt. Ein deutsches Unternehmen geht in diesem Bereich einen neuen Weg und hat Luftpolsterverpackungen entwickelt, die aus mit Polyvinylalkohol beschichtetem Papier bestehen. Diese können über den Weg des Papierrecyclings aufgearbeitet werden.

Material 1: Herstellung von Polyvinylalkohol [1], [2]

Polyvinylalkohol (PVA) besteht aus Makromolekülen, die Hydroxygruppen als Substituenten haben (Abb. 1). Für die Herstellung dieser Makromoleküle verwendet man Ethenylacetat (Abb. 2). Dieses wird zunächst mit einem Starter versetzt, wodurch sich letztendlich Polyethenylacetat bildet. Dieses Polymer wird im Anschluss mit Methanol zur Reaktion gebracht und es entstehen Polyvinylalkohol (PVA) und Ethansäuremethylester.

Material 2: Gewinnung von Ethenylacetat [2]

Ethenylacetat lässt sich beispielsweise nachhaltig aus Ethanol, das ausschließlich aus Biomasse hergestellt wurde, gewinnen.

Die Herstellung beginnt mit drei katalytisch gesteuerten Reaktionen, bei denen jeweils Wasser abgespalten wird. Als erstes stellt man aus Ethanol Ethen her. Danach folgen zwei Schritte, die Sauerstoff benötigen. Zunächst wird aus einem Teil des Ethens Ethansäure synthetisiert. Anschließend lässt man im letzten Schritt den anderen Teil des Ethens mit der Ethansäure zu Ethenylacetat reagieren.

Material 3: Herstellung von Luftpolsterbeuteln [3], [4]

Bei der Herstellung einer Luftpolsterverpackung wird zunächst Papier mit einer Kunststofffolie aus Polyvinylalkohol beschichtet. Danach werden zwei der kunststoffbeschichteten Papierstücke mit der Kunststoffseite aufeinandergelegt und an drei von vier Seiten durch gezieltes Erwärmen verschweißt. Zum Schluss wird die so entstandene Tasche mit Luft gefüllt und durch Verschweißen der vierten Seite luftdicht verschlossen.

Konventionelle Luftpolsterbeutel werden in der aus zwei Lagen reinem Polyethen (PE) hergestellt, die nach dem gleichen Verfahren wie beim PVA-beschichtetem Papier verarbeitet werden.

Material 4: Aufbereitung der ausgedienten Luftpolsterbeutel [6]

Mit PVA beschichtete Papiere können über die Altpapiersammelsysteme entsorgt werden, denn im Papierrecyclingprozess löst sich PVA und stellt daher für die Papierwiedergewinnung kein Hindernis dar.

Der gelöste PVA ist biologisch abbaubar, eventuell gebildetes Nano- und Mikroplastik kann sich so nicht anhäufen.

Material 5: Polyethen [7]

Für die Herstellung von Polyethen (PE) existieren etablierte Herstellungsmethoden. Standardmäßig wird Polyethen aus fossilen Rohstoffen wie Erdöl oder Erdgas hergestellt. Es gibt aber auch Bemühungen, Ethen aus Ethanol, das aus Zuckerrohr gewonnen wird, als Rohstoff einzusetzen. Ein Beispiel dafür ist I’M GREEN™ BIO-BASED POLYETHYLENE (Bio-PE, biobasiertes Polyethylen).

Polyethen ist verhältnismäßig einfach zu verarbeiten.

Das Polyethen aus herkömmlichen Luftpolsterfolien lässt sich werkstofflich recyclen. Da I’M GREEN™ BIO-BASED POLYETHYLENE (Bio-PE, biobasiertes Polyethylen) nicht biologisch abbaubar ist, bleibt das Kohlenstoffdioxid, das während des Wachstumszyklus der Zuckerrohrpflanze gebunden wurde, während des gesamten Lebenszyklus im Kunststoff gespeichert.

Die Gasdurchlässigkeit von PE-Folien ist höher als die von PVA-Folien.

2 Formulieren Sie den Reaktionsmechanismus zur Bildung von Polyethenylacetat aus Ethenylacetat und benennen Sie die einzelnen Schritte (M 1).

Hinweis: Der Starter aus M 1 kann mit R–R abgekürzt werden. Nicht beteiligte Molekülteile dürfen mit R1 etc. abgekürzt werden.

Nachhaltige Luftpolsterverpackungen

Zum Schutz von Versandgütern werden häufig Luftpolsterverpackungen eingesetzt. Ein deutsches Unternehmen geht in diesem Bereich einen neuen Weg und hat Luftpolsterverpackungen entwickelt, die aus mit Polyvinylalkohol beschichtetem Papier bestehen. Diese können über den Weg des Papierrecyclings aufgearbeitet werden.

Material 1: Herstellung von Polyvinylalkohol [1], [2]

Polyvinylalkohol (PVA) besteht aus Makromolekülen, die Hydroxygruppen als Substituenten haben (Abb. 1). Für die Herstellung dieser Makromoleküle verwendet man Ethenylacetat (Abb. 2). Dieses wird zunächst mit einem Starter versetzt, wodurch sich letztendlich Polyethenylacetat bildet. Dieses Polymer wird im Anschluss mit Methanol zur Reaktion gebracht und es entstehen Polyvinylalkohol (PVA) und Ethansäuremethylester.

Material 2: Gewinnung von Ethenylacetat [2]

Ethenylacetat lässt sich beispielsweise nachhaltig aus Ethanol, das ausschließlich aus Biomasse hergestellt wurde, gewinnen.

Die Herstellung beginnt mit drei katalytisch gesteuerten Reaktionen, bei denen jeweils Wasser abgespalten wird. Als erstes stellt man aus Ethanol Ethen her. Danach folgen zwei Schritte, die Sauerstoff benötigen. Zunächst wird aus einem Teil des Ethens Ethansäure synthetisiert. Anschließend lässt man im letzten Schritt den anderen Teil des Ethens mit der Ethansäure zu Ethenylacetat reagieren.

Material 3: Herstellung von Luftpolsterbeuteln [3], [4]

Bei der Herstellung einer Luftpolsterverpackung wird zunächst Papier mit einer Kunststofffolie aus Polyvinylalkohol beschichtet. Danach werden zwei der kunststoffbeschichteten Papierstücke mit der Kunststoffseite aufeinandergelegt und an drei von vier Seiten durch gezieltes Erwärmen verschweißt. Zum Schluss wird die so entstandene Tasche mit Luft gefüllt und durch Verschweißen der vierten Seite luftdicht verschlossen.

Konventionelle Luftpolsterbeutel werden in der aus zwei Lagen reinem Polyethen (PE) hergestellt, die nach dem gleichen Verfahren wie beim PVA-beschichtetem Papier verarbeitet werden.

Material 4: Aufbereitung der ausgedienten Luftpolsterbeutel [6]

Mit PVA beschichtete Papiere können über die Altpapiersammelsysteme entsorgt werden, denn im Papierrecyclingprozess löst sich PVA und stellt daher für die Papierwiedergewinnung kein Hindernis dar.

Der gelöste PVA ist biologisch abbaubar, eventuell gebildetes Nano- und Mikroplastik kann sich so nicht anhäufen.

Material 5: Polyethen [7]

Für die Herstellung von Polyethen (PE) existieren etablierte Herstellungsmethoden. Standardmäßig wird Polyethen aus fossilen Rohstoffen wie Erdöl oder Erdgas hergestellt. Es gibt aber auch Bemühungen, Ethen aus Ethanol, das aus Zuckerrohr gewonnen wird, als Rohstoff einzusetzen. Ein Beispiel dafür ist I’M GREEN™ BIO-BASED POLYETHYLENE (Bio-PE, biobasiertes Polyethylen).

Polyethen ist verhältnismäßig einfach zu verarbeiten.

Das Polyethen aus herkömmlichen Luftpolsterfolien lässt sich werkstofflich recyclen. Da I’M GREEN™ BIO-BASED POLYETHYLENE (Bio-PE, biobasiertes Polyethylen) nicht biologisch abbaubar ist, bleibt das Kohlenstoffdioxid, das während des Wachstumszyklus der Zuckerrohrpflanze gebunden wurde, während des gesamten Lebenszyklus im Kunststoff gespeichert.

Die Gasdurchlässigkeit von PE-Folien ist höher als die von PVA-Folien.

3 Beschreiben Sie die Einteilung der Kunststoffe in drei Kunststoffklassen anhand ihres mechanisch-thermischen Verhaltens.

Gehen Sie dabei auch auf strukturelle Merkmale der Kunststoff-Moleküle ein.

Ordnen Sie Polyvinylalkohol begründet einer dieser Kunststoffklassen zu (M 1).

Nachhaltige Luftpolsterverpackungen

Zum Schutz von Versandgütern werden häufig Luftpolsterverpackungen eingesetzt. Ein deutsches Unternehmen geht in diesem Bereich einen neuen Weg und hat Luftpolsterverpackungen entwickelt, die aus mit Polyvinylalkohol beschichtetem Papier bestehen. Diese können über den Weg des Papierrecyclings aufgearbeitet werden.

Material 1: Herstellung von Polyvinylalkohol [1], [2]

Polyvinylalkohol (PVA) besteht aus Makromolekülen, die Hydroxygruppen als Substituenten haben (Abb. 1). Für die Herstellung dieser Makromoleküle verwendet man Ethenylacetat (Abb. 2). Dieses wird zunächst mit einem Starter versetzt, wodurch sich letztendlich Polyethenylacetat bildet. Dieses Polymer wird im Anschluss mit Methanol zur Reaktion gebracht und es entstehen Polyvinylalkohol (PVA) und Ethansäuremethylester.

Material 2: Gewinnung von Ethenylacetat [2]

Ethenylacetat lässt sich beispielsweise nachhaltig aus Ethanol, das ausschließlich aus Biomasse hergestellt wurde, gewinnen.

Die Herstellung beginnt mit drei katalytisch gesteuerten Reaktionen, bei denen jeweils Wasser abgespalten wird. Als erstes stellt man aus Ethanol Ethen her. Danach folgen zwei Schritte, die Sauerstoff benötigen. Zunächst wird aus einem Teil des Ethens Ethansäure synthetisiert. Anschließend lässt man im letzten Schritt den anderen Teil des Ethens mit der Ethansäure zu Ethenylacetat reagieren.

Material 3: Herstellung von Luftpolsterbeuteln [3], [4]

Bei der Herstellung einer Luftpolsterverpackung wird zunächst Papier mit einer Kunststofffolie aus Polyvinylalkohol beschichtet. Danach werden zwei der kunststoffbeschichteten Papierstücke mit der Kunststoffseite aufeinandergelegt und an drei von vier Seiten durch gezieltes Erwärmen verschweißt. Zum Schluss wird die so entstandene Tasche mit Luft gefüllt und durch Verschweißen der vierten Seite luftdicht verschlossen.

Konventionelle Luftpolsterbeutel werden in der aus zwei Lagen reinem Polyethen (PE) hergestellt, die nach dem gleichen Verfahren wie beim PVA-beschichtetem Papier verarbeitet werden.

Material 4: Aufbereitung der ausgedienten Luftpolsterbeutel [6]

Mit PVA beschichtete Papiere können über die Altpapiersammelsysteme entsorgt werden, denn im Papierrecyclingprozess löst sich PVA und stellt daher für die Papierwiedergewinnung kein Hindernis dar.

Der gelöste PVA ist biologisch abbaubar, eventuell gebildetes Nano- und Mikroplastik kann sich so nicht anhäufen.

Material 5: Polyethen [7]

Für die Herstellung von Polyethen (PE) existieren etablierte Herstellungsmethoden. Standardmäßig wird Polyethen aus fossilen Rohstoffen wie Erdöl oder Erdgas hergestellt. Es gibt aber auch Bemühungen, Ethen aus Ethanol, das aus Zuckerrohr gewonnen wird, als Rohstoff einzusetzen. Ein Beispiel dafür ist I’M GREEN™ BIO-BASED POLYETHYLENE (Bio-PE, biobasiertes Polyethylen).

Polyethen ist verhältnismäßig einfach zu verarbeiten.

Das Polyethen aus herkömmlichen Luftpolsterfolien lässt sich werkstofflich recyclen. Da I’M GREEN™ BIO-BASED POLYETHYLENE (Bio-PE, biobasiertes Polyethylen) nicht biologisch abbaubar ist, bleibt das Kohlenstoffdioxid, das während des Wachstumszyklus der Zuckerrohrpflanze gebunden wurde, während des gesamten Lebenszyklus im Kunststoff gespeichert.

Die Gasdurchlässigkeit von PE-Folien ist höher als die von PVA-Folien.

4 Erklären Sie auf Teilchenebene den Vorgang des Verschweißens zweier PVA-Folien (M 3).

Skizzieren Sie die Anordnung der Teilchen bei der verschweißten Folie analog zu Abbildung 3a (M 3).

Stellen Sie in Abbildung 3b die intermolekularen Wechselwirkungen zwischen PVA-Molekülen dar (M 3).

Nachhaltige Luftpolsterverpackungen

Zum Schutz von Versandgütern werden häufig Luftpolsterverpackungen eingesetzt. Ein deutsches Unternehmen geht in diesem Bereich einen neuen Weg und hat Luftpolsterverpackungen entwickelt, die aus mit Polyvinylalkohol beschichtetem Papier bestehen. Diese können über den Weg des Papierrecyclings aufgearbeitet werden.

Material 1: Herstellung von Polyvinylalkohol [1], [2]

Polyvinylalkohol (PVA) besteht aus Makromolekülen, die Hydroxygruppen als Substituenten haben (Abb. 1). Für die Herstellung dieser Makromoleküle verwendet man Ethenylacetat (Abb. 2). Dieses wird zunächst mit einem Starter versetzt, wodurch sich letztendlich Polyethenylacetat bildet. Dieses Polymer wird im Anschluss mit Methanol zur Reaktion gebracht und es entstehen Polyvinylalkohol (PVA) und Ethansäuremethylester.

Material 2: Gewinnung von Ethenylacetat [2]

Ethenylacetat lässt sich beispielsweise nachhaltig aus Ethanol, das ausschließlich aus Biomasse hergestellt wurde, gewinnen.

Die Herstellung beginnt mit drei katalytisch gesteuerten Reaktionen, bei denen jeweils Wasser abgespalten wird. Als erstes stellt man aus Ethanol Ethen her. Danach folgen zwei Schritte, die Sauerstoff benötigen. Zunächst wird aus einem Teil des Ethens Ethansäure synthetisiert. Anschließend lässt man im letzten Schritt den anderen Teil des Ethens mit der Ethansäure zu Ethenylacetat reagieren.

Material 3: Herstellung von Luftpolsterbeuteln [3], [4]

Bei der Herstellung einer Luftpolsterverpackung wird zunächst Papier mit einer Kunststofffolie aus Polyvinylalkohol beschichtet. Danach werden zwei der kunststoffbeschichteten Papierstücke mit der Kunststoffseite aufeinandergelegt und an drei von vier Seiten durch gezieltes Erwärmen verschweißt. Zum Schluss wird die so entstandene Tasche mit Luft gefüllt und durch Verschweißen der vierten Seite luftdicht verschlossen.

Konventionelle Luftpolsterbeutel werden in der aus zwei Lagen reinem Polyethen (PE) hergestellt, die nach dem gleichen Verfahren wie beim PVA-beschichtetem Papier verarbeitet werden.

Material 4: Aufbereitung der ausgedienten Luftpolsterbeutel [6]

Mit PVA beschichtete Papiere können über die Altpapiersammelsysteme entsorgt werden, denn im Papierrecyclingprozess löst sich PVA und stellt daher für die Papierwiedergewinnung kein Hindernis dar.

Der gelöste PVA ist biologisch abbaubar, eventuell gebildetes Nano- und Mikroplastik kann sich so nicht anhäufen.

Material 5: Polyethen [7]

Für die Herstellung von Polyethen (PE) existieren etablierte Herstellungsmethoden. Standardmäßig wird Polyethen aus fossilen Rohstoffen wie Erdöl oder Erdgas hergestellt. Es gibt aber auch Bemühungen, Ethen aus Ethanol, das aus Zuckerrohr gewonnen wird, als Rohstoff einzusetzen. Ein Beispiel dafür ist I’M GREEN™ BIO-BASED POLYETHYLENE (Bio-PE, biobasiertes Polyethylen).

Polyethen ist verhältnismäßig einfach zu verarbeiten.

Das Polyethen aus herkömmlichen Luftpolsterfolien lässt sich werkstofflich recyclen. Da I’M GREEN™ BIO-BASED POLYETHYLENE (Bio-PE, biobasiertes Polyethylen) nicht biologisch abbaubar ist, bleibt das Kohlenstoffdioxid, das während des Wachstumszyklus der Zuckerrohrpflanze gebunden wurde, während des gesamten Lebenszyklus im Kunststoff gespeichert.

Die Gasdurchlässigkeit von PE-Folien ist höher als die von PVA-Folien.

5

Bewerten Sie anhand von drei Kriterien die PVA-Folie im Vergleich zur PE-Folie aus ökologischer Sicht (M 1 – M 5). [7 BE]