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Kunststoffe
sind Werkstoffe, die künstlich oder durch Abwandlung von Naturprodukten
entstehen und aus organischen Makromolekülen aufgebaut sind. Nach
dieser Definition gehören auch die Kautschuke
und die Textilfaserstoffe zu den Kunststoffen. In einem Makromolekül
sind viele kleinere Molekülbausteine, sogenannte Monomere,
zu sehr großen Molekülen, den Polymeren
verknüpft. Die Kunststoffe machen einen großen Anteil der Polymere
aus, jedoch gehören auch zahlreiche natürliche
Stoffe zu den Polymeren. Die alten Begriffe Plastik (umgangsprachlich)
und Plaste (ehemalige DDR) sind heute nicht mehr so gebräuchlich.
Für die Darstellung von Polymeren
in der chemischen Zeichensprache sind mehrere Darstellungsweisen gebräuchlich.
Bei der korrekten Darstellung nach IUPAC wird das aufbauende Monomer mit
einer eckigen Klammer und der Variablen n versehen. Oft findet man
aber auch Darstellungen mit offenen Bindungen oder Punkten, die die Fortsetzung
des Polymers andeuten:

Die Kunststoffe lassen sich aufgrund ihres Verhaltens und der damit verbundenen Einsatzmöglichkeiten in drei Gruppen unterscheiden: Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere.
Thermoplaste
Beim Erwärmen eines Thermoplasts
(z.B. ein Becher aus Polystyrol) tritt eine
Verformung auf. Derartige Kunststoffe lassen sich nach dem Erwärmen
in beliebige Formen vergießen. Die langkettigen Moleküle in
Thermoplasten werden durch Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten.
Beim Erwärmen lockern sich zunächst diese Bindungen, so dass
die Polymere aneinander vorbeigleiten können.
Duroplaste
Im Vergleich zu den Thermoplasten werden
die Duroplaste (z.B. die Aminoplaste) auch durch
höhere Temperaturen nicht weich oder zähflüssig. Bei Zimmertemperatur
sind sie relativ hart und spröde und daher auch oft gegen Schlag und
Stoß anfällig. Duroplastische Werkstücke müssen bereits
bei ihrer Herstellung in die gewünschte Form angepasst werden. Sie
werden danach durch Sägen, Schleifen und Bohren bearbeitet. Wenn Monomere
zu großen netzartigen Molekülen verknüpft werden, zeigt
der Stoff duroplastische Eigenschaften. Beim Erhitzen bleibt die Netzstruktur
erhalten, erst bei sehr hohen Temperaturen verkohlt der Duroplast.
In modernen Kunststoffen werden durch Mischung
von verschiedenen Werkstoffen (>ABS-Harze) oder
durch Variation der Reaktionsbedingungen und -partner thermoplastische,
duroplastische und elastomere Eigenschaften kombiniert (z.B. bei
den Polyurethanen).
Unterscheidung der Kunststoffe nach
ihrer Entstehung
Die Verknüpfung von Monomeren zu
Polymeren kann auf verschiedene Art und Weise stattfinden. Hierbei sind
drei Reaktionsmechanismen von besonderer Bedeutung:
Polymerisation
Als Ausgangsstoffe eignen sich ungesättigte
Monomere mit einer C=C-Doppelbindung. Die Reaktion wird durch Initiatoren,
die Radikale oder Ionenketten bilden, ausgelöst. Der Stoff Dibenzolyperoxid
bildet bei Wärmezugabe Radikale, die mit einem Monomer reagieren.
Dabei bilden sich erneut Radikale und die Polymerisation führt zu
einem Kettenwachstum. Zu den Kunststoffen aus Polymerisaten gehören
Plexiglas, Polyacrylnitril,
Polyethen, Polystyrol,
PVC oder Teflon.
Polykondensation
Bei der Polykondensation schließen
sich zwei funktionelle Gruppen eines Moleküls unter Abspalten eines
kleineren Moleküls (z.B. H2O, HCl) zu einer höheren
Einheit zusammen. Eine bekannte Kondensationsreaktion (ohne Bildung von
Polymeren) ist die Ester-Reaktion. Die Polykondensation ist mit einem Kettenwachstum
verbunden, sie gelingt vor allem dann, wenn man Moleküle mit zwei
oder mehreren funktionellen Gruppen einer Sorte vorliegen hat (vgl. die
Polykondensate bei Polyamid und Polyester).
Bei der Polyaddition gehen Monomere über
ihre Endgruppen eine Additionsreaktion ein.
Die Addition gelingt an den Zweifachbindungen, gleichzeitig findet eine
Umlagerung im Molekül statt. Im Gegensatz zur Polykondensation werden
keine kleineren Molekül-Einheiten abgespalten. Zu den Kunststoffe
mit Polyaddukten zählen die Polyurethane
und die Epoxid-Harze.
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