Kunststoffe Kapitel 2

Polymere sind in ihrem strukturellen Aufbau Polymerketten. Diese Polymerketten sind Makromoleküle, die aus verknüpften Wiederholungseinheiten, den sogenannten Monomeren, bestehen. Die Eigenschaften von Polymeren hängen sowohl vom Kettenaufbau als auch von der Morphologie bzw. Struktur des Polymers ab.

1. Polymerisation: verläuft stufenlos und ohne Abspaltung von Nebenprodukten
2. Polykondensation: verläuft in Stufen und mit Abspaltung von Nebenprodukten
3. Polyaddition: verläuft in Stufen und ohne Abspaltung von Nebenprodukte

Die Polymerisation ist eine Stufenlose Reaktion, hierbei fallen keine Nebenprodukte an. Einige Beispiel für Kunststoffe, die durch Polymerisation hergestellt werden sind Polyvinylchlorid (PVC), Polethylen (PE) und Polystyrol (PS)

1. Startreaktion - Radikal bricht die Doppelbindung auf.
2. Wachstumreaktion/Kettenreaktion - Radikale reagieren mit doppelgebundenen Kohlenstoff, die neue Gruppe reagiert weiter mit anderen Doppelbindungen. Bildung von Makromolekülen.
3. Abbruchreaktion - (rekombination: entsteht aus zwei Radikalen ein einziges Teilchen oder Disproportionierung: Zwei Radikalen reagieren miteinander, so dass aus dem einen ein Alkan und aus dem anderen ein Alken wird).

Beispiele von Anionische Polymerisationen sind Polymethylcyanoacrylat (PMMA) Polyoxymethylen (POM) und Polydimethylsiloxan (PDMS). Beispiele von andere Art der Reaktion sind Polyethylen, Polyurethan und Polyisobuten.

Wenn Ionen positiv geladen sind

Wenn Ionen negativ geladen sind

Beschreibt die Anordnung der Seitenketten in einem Polymer

Polykondensation ist eine Stufenreaktion unter Abspaltung von Nebenprodukte. Ein Beispiel für Kunststoffe, die durch eine Polykondesationsreaktion hergestellt werden, sind Polyamide (PA). Ausgangsubstanzen müssen keine Doppelbindungen enthalten, sondern mindestens zwei funktionelle Gruppen besitzen (Hydroxyl, Carbonyl, Carboxyl, Amino).

Die Polyaddition ist eine Stufenreaktion ohne Abspaltung von Nebenprodukte. Ein Beispiel für im Polyadditionsverfahren hergestellte Kunststoffe sind Polyurethane (PUR).

Kunststoffe, die aus linearen oder verzweigte Molekülen bestehen, bezeichnet man als Thermoplasten. Bei Thermoplasten liegen die Polymerketten in einer knäuelartigen Struktur vor. Thermoplasten zeichnen sich dadurch aus, dass sie bei Wärmezufuhr zunächst erweichen und schließlich schmelzen. Bei den Thermoplasten wird zwischen amorphen (ungeordnet) und teilkristallinen ((geordnet + ungeordnet) Milchig also nicht Transparent) Thermoplasten unterschieden.
Thermoplasten sind unvernetzt, dadurch sind sie löslich und schmelzbar. Die Wiederaufschmelzbarkeit ermöglicht eine Formgebung durch Verarbeitungsprozesse wie Spritzgießen, Extrusion, Rotationsformen sowie das Schweißen und Umformen von Thermoplasten.

Amporphen Thermoplasten sind im Allgemeinen transparent und bei Raumtemperatur Spröde. Gebrauchsbereich liegt unterhalb der Glasübergangstemperatur

Die Zugfestigkeit eines amorphen Kunststoffes ist unterhalb des Erweichungsbereiches (EB) relativ hoch und nimmt mit steigender Temperatur allmählich ab. Der Gebrauchsbereich eines amorphen Kunststoffes liegt unterhalb des Erweichungsbereiches (EB). Die Schmelzeviskosität steigt mit zunehmender Molmasse, bzw. Moleküllänge einer Polymerkette.

Thermoplaste mit teilkristalliner Struktur zeigen ein eher zähelastisches Materialverhalten.

Weitmaschige Vernetzung
Weder Schmelzbar nich aufzulösen jedoch quellbar

Elastomeren sind weitmaschig vernetze Makromoleküle und weisen geknäuelte Makromoleküle auf. Elastomere sind nicht schmelzbar und nicht löslich, aber quellbar. Die geknäulten Moleüle führen zu einer gewissen Elastizität. Sie sind also nach der Vulkanisation nicht mehr schmelzbar.

Duroplaste sind engmaschig vernetzte Makromoleküle und sind nicht Schmelzbar, noch löslich oder quellbar. Die Vernetzung der Duroplasten erfolgt über chemische Bindungen und erzeugt ein dreidimensionales makromolekulares Netzwerk. Ähnlich wie bei Elastomere führt eine chemische Reaktion (Aushärtung) während der Formgebung dazu, dass sie anschließend nicht mehr schmelzbar sind. Im Zersetzungsbereich bei Duroplasten werden die kovalenten Bindungen zerstört und die Festigkeit fällt ab. Der Gebrauchsbereich bei Duroplasten ist besonders groß bis kurz vor der Zersetzungstemperatur.

Neben der Wärmeleitung unterscheiden sich Kunststoffe auch in Bezug auf ihre Wärmeausdehnung erheblich von anderen Werkstoffen
• Elastomere 1,5-2,2mm
• Thermoplaste 0,6-2,2mm
• Duroplaste 0,1-0,9mm
• Leichtmetalle 0,25mm
• Stahl 0,13mm

Nebenvalenzkräfte auch zwischenmolekulare Kräfte, wirken zwischen Molekülen die keine weiteren hauptvalenzbindungen eingehen können. Von stark nach schwach sind diese:
• Die Wasserstofbrückenbindung
• Die Keesom-Kräfte wirken zwischen zwei polaren Molekülen mit einem permanente Dipolmoment.
• Die Debye-Kräfte wirken zwischen einen permanenten und einem induzierten Dipol.
• London-Kräfte (auch Dispersionskräfte) sind Kräfte die zwischen zwei unpolaren Molekülen wirken.