Kunststoffe: Thermoplaste, Duroplaste & Elastomere

Kunststoffe

1. Thermoplaste

Thermoplaste gehen beim Erwärmen in einen plastischen (verformbaren) Zustand über. Nach dem Erkalten bleiben sie in der neuen Form.

• Die Makromoleküle liegen ungeordnet nebeneinander.
• Sie können beim Erwärmen schwingen und aneinander vorbeigleiten.
• Deshalb sind Thermoplaste beim Erwärmen verformbar.
• Beim Abkühlen erhärtet der Kunststoff und behält die neue Form.

Beispiele: Polyethen (PE), Polystyrol (PS), Polyamid (PA)

2. Duroplaste

Duroplaste sind plastisch nicht verformbar und widerstandsfähig gegen Strom, Wärme und Chemikalien.

• Die Makromoleküle sind räumlich eng vernetzt.
• Durch die festen Bindungen zwischen den Molekülketten können sie beim Erwärmen nicht aneinander vorbeigleiten.
• Deshalb lassen sich Duroplaste nicht schmelzen oder verformen.
• Sie zersetzen sich beim Erhitzen.

Beispiele: Phenoplaste (PF), Polyurethane (PU)

3. Elastomere

Elastomere zeichnen sich durch hohe Elastizität aus.

• Die Makromoleküle sind weitmaschig miteinander vernetzt und bilden Knäuel.
• Bei Zug können diese auseinandergezogen und bei Druck zusammengeschoben werden.
• Ohne mechanische Einwirkung verknäueln sie sich wieder.
• Deshalb verhalten sich diese Kunststoffe elastisch.
• Gegenstände aus Elastomeren können nicht umgeformt werden.

Beispiele: Kautschuk, Polyurethane (PU)

Polymerisation

Bei der Polymerisation werden ungesättigte oder ringförmige Monomere mittels Initiatoren oder durch Zufuhr von Energie verknüpft. Es entstehen dabei unverzweigte oder verzweigte thermoplastische Polymere. In den meisten Fällen werden Ethen und Ethen-Derivate als Monomere eingesetzt.

Beispiele für Polymerisate

• Polyethen (CH₂=CH₂)
• Polypropen (CH₂=CHCH₃)
• Polyvinylchlorid (CH₂=CHCl)
• Polytetrafluorethen (CF₂=CF₂)
• Polyacrylnitril (CH₂=CHCN)
• Polymethacrylsäuremethylester (CH₂=C(CH₃)COOCH₃)
• Polystyrol (CH₂=CH-C₆H₅)

Mechanismus der Polymerisation

1. Bildung von Startradikalen durch Initiatoren: R-O-O-R → 2 R-O·
2. Kettenstart: R· + Monomer → R-Monomer·
   Das Radikal reagiert mit dem Monomer, die Doppelbindung wird aufgespalten und ein neues Radikal entsteht.
3. Kettenfortpflanzung: R-Monomer· + Monomer → R-Monomer-Monomer·
4. Kettenabbruch: R-Monomer· + R-Monomer· → R-Monomer-Monomer-R
   Durch die Reaktion zweier Radikale entsteht eine Atombindung ohne radikalische Eigenschaften.

Polykondensation

Bei der Polykondensation werden bi- oder trifunktionelle Monomere unter Abspaltung kleiner Moleküle verknüpft.

• Bifunktionelle Monomere führen zu kettenförmigen, thermoplastischen Polykondensaten.
• Trifunktionelle Monomere führen zu vernetzten, duroplastischen Polykondensaten.