Chempage - Kunststoffe

Kunststoffe

Kunststoffe sind Makromoleküle, welche durch Verknüpfung von vielen kleineren Moleküle entstanden sind. Die einzelnen Bausteine eines Kunststoffes nennt man Monomere, entsprechend bezeichnend man ein ketten- oder netzförmige Verknüpfung der Monomere als Polymere.

Kunststoffe sind aufgrund ihrer vielfältigen Eigenschaften in nahezu allen Bereichen des täglichen Lebens zu finden. So besteht beispielsweise ein Großteil der Innenverkleidung im Automobil aus Kunststoff oder Gerbrauchgegenstände wie Zahnbürste, Schwamm und Besen bestehen aus Kunststoff.

Kunststoffe lassen sich aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften und ihrer chemischen Struktur in drei Klassen einteilen.

Thermoplaste: Thermoplaste sind lange fadenförmige und unverzweigte sowie vernetzte Polymere. Sie lassen sich durch Erwärmen leicht formbar machen. Die unterschiedlich langen Polymer-Stränge werden von physikalischen Wechselwirkungen wie die Van-der-Waal-Kräfte und Wasserstoffbrückenbindungen zusammen gehalten. Geraten die Moleküle beim Erhitzen in Schwingung, so können die oben beschriebenen Wechselwirkung aufgehoben werden und der Kunststoff wird formbar. Diese besondere Eigenschaften der Thermoplaste werden in der technischen Verarbeitung von Kunststoffen ausgenutzt.

Duroplast: Bei Duroplasten sind die Monomere netzartig mit einander Verknüpft. Im Gegensatz zu den Thermoplasten liegen hier nicht nur physikalische Wechselwirkungen der einzelnen Polymerstränge vor, sondern es bestehen reale Atombindungen zwischen den verschiedenen Strängen des Makromoleküls. Es bildet sicht somit eine Netzstruktur. Da die Atombindungen nicht so leicht durch Hitze zu Spalten sind wie die Wechselwirkungen bei Thermoplasten, sind Duroplasten auch bei höheren Temperaturen in ihrer Struktur unverändert und formstabil. Bei sehr hohen Temperaturen zerreißt das Netz, das heißt die Atombindungen werden gespalten und der Kunststoff zersetzt sich in kleiner Moleküle, welche dann mit dem Luftsauerstoff reagieren. Der Kunststoff verkohlt also bei hohen Temperaturen und seine ursprüngliche Struktur ist nicht wiederherstellbar.

Elastomere: Elastomere sind Kunststoffe, die sich bei mechanischer Belastung wie Gummi verhalten. Sie lassen sich bei Raumtemperatur durch Druck oder Zug verformen und kehren aufgrund ihrer hohen Elastizität in ihre vorherige Struktur zurück. Die Polymerstränge eines Elastomers sind wie Duroplasten mit realen Atombindungen verknüpft. Jedoch ist die Netzstruktur der Elastomere weitmaschiger. Erwärmt man Elastomere im gespannten Zustand, so stellt man fest, dass sich der Kunststoff zusammen zieht. Der Grund dafür liegt in der stärkeren Schwingung der Netzfäden bei hohen Temperaturen. Die Netzknoten rücken dabei näher aneinander.

Bei sehr starkem Erhitzen verhalten sich Elastomere ähnlich wie Duroplasten.

Herstellung von Kunststoffen

Kunststoffe sind Polymere die durch die Verknüpfung vieler kleiner Monomere entstehen. Die Monomere bestimmen aufgrund ihres Aufbaus und chemischen Eigenschaften die Gesamteigenschaft des späteren Makromoleküls. Die Synthese von Kunststoffen kann auf drei verschiedene weisen erfolge:

Polykondensation: Die Grundlage für Polykondensate sind Monomere mit mindestens zwei funktionelle Gruppen. Für die Polykondensation eigenen sich besonders Hydroxyl-, Carboxyl- und Aminogruppen. Zunächst erfogt eine Verknüpfung zu Dimeren, welche sich dann schließlich zum Polymer verknüpfen. Bei jedem Reaktionsschritt spalten sich ein kleines Molekül ab (z.B.: Wasser).

Polymerisation: Grundlage für Polymerisate sind ungesättigte Monomere. Die Reaktion verläuft als Kettenreaktion, die durch Initiatoren wie Radikale oder Ionen ausgelöst werden. Bei der radikalischen Polymerisation reagiert ein Radikal mit einem Monomer, wobei ein neues Radikal entsteht, welches wiederum mit einem Monomer reagieren kann, so dass sich ein Polymer bildet.

Polyaddition: Polyaddukte entstehen durch eine Additionsreaktion der Endgruppen der Monomere. Das setzt voraus, dass die Endgruppe eine Doppelbindung besitz, welche mit einem bifunktionellen Monomer reagieren kann. Bei dieser Reaktion werden jedoch nicht wie bei der Polykondensation kleiner Moleküle abgespalten.