Welche Kunststoffarten gibt es – wie entstehen sie?
Kunststoffe werden, wie der Name schon sagt, künstlich hergestellt. Dies geschieht immer durch die Verknüpfung vieler kleiner Moleküle (Monomere) zu den großen Makromolekülen (Polymere) der Kunststoffe. Natürliche Polymere treten in Pflanzen und Tieren auf. Künstliche, sogenannte synthetische Polymere werden hauptsächlich aus Erdöl hergestellt. Je nach chemischen Eigenschaft der Monomere werden verschiedene Verfahren zur Verknüpfung verwendet. Hierbei werden hauptsächlich drei Verfahren angewandt die Polymerisation, die Polykondensation und die Polyaddition, sowie die Vulkanisation. Je nachdem welches Verfahren angewandt wurde und welche Monomere verwendet wurden entstehen verschiedene Arten von Kunststoffen: Thermoplasten (auch Thermomere genannt), Duroplasten (Duromere) oder Elastomere.
Hier liegen die Makromoleküle hauptsächlich nebeneinander und sind nur schwach durch Van- der- Waals- Bindungen und Wasserstoffbrückenbindungen verbunden. Wenn dies nun erwärmt wird so geraten die Makromoleküle in Bewegung und diese Bindungen werden überwunden. Die Moleküle gleiten dann aneinander vorbei und der Gegenstand verformt sich. Da dieser Vorgang nur langsam abläuft kann man keinen genauen Schmelzwert angeben und man spricht daher von einem größerem Temperaturintervall.
Die Makromoleküle sind dreidimensional engmaschig vernetzt und können somit auch höhere Temperaturen ohne Verformung aushalten. Doch sehr hohe Temperaturen (ca. 150°C) können auch hier die Elektronenpaarbindungen zerreißen und die Zersetzung des Kunststoffs einleiten. Im Vergleich zum Thermoplast verkohlt der Duroplast und verformt sich nicht.
Die Makromoleküle bilden „Knäule“ , die beim Dehnen des Gegenstandes auseinandergezogen werden und beim Loslassen sich wieder verknäulen. Daher gehen sie immer wieder in ihre ursprüngliche Form zurück.
Im angespannten Zustand zeigen die Elastomere eine überraschende Eigenschaft: Wenn sie erwärmt werden schrumpfen sie. Denn durch die Wärme werden die Schwingungen in den Netzfäden verstärkt und die Netzknoten rücken näher zusammen.
Bei zu hoher Temperatur zersetzen sich die Elastomere wie die Duroplasten.
Hier vereinigen sich zwei kleine Moleküle (Monomere mit C=C Zweifachbindungen), die durch einen Aktivator Radikale bilden und somit eine Kettenreaktion ausgelöst wird. Diese endet erst, wenn alle Radikale ineinander aufgegangen sind. Durch sogenannte Regler- Moleküle kann man die Länge der Kette beeinflussen. Es bilden sich daher meist lineare oder wenig verzweigte Makromoleküle, die zum Strukturaufbau von thermoplastischem Kunststoff benötigt werden.Stoffe, die nach diesem Reaktionstyp gebildet werden nennt man Polymerisate.
Bei diesem Verfahren bilden zwei Monomere unter Abspaltung eines kleinen Moleküls ein großes Polymer. Es setzt jedoch voraus, dass im Molekül der Monomere mindestens zwei funktionelle Gruppen (Hydroxyl-, Carboxyl- und Amino- Gruppen) vorhanden sind, die dann miteinander reagieren können.
Aus bifunktionellen Gruppen werden lineare, thermoplastische Makromoleküle und aus trifunktionellen Gruppen werden vernetzte, duroplatische Polymere. Alle Endstoffe von diesen Reaktionstypen werden Polykondensate genannt.
Dieses Verfahren setzt voraus, dass die Monomere in ihrem Molekül sowohl Zweifachbindungen als auch funktionelle Gruppen haben. Denn nur so lassen sich diese Monomere addieren, ohne dass ein Rest übrig bleibt. Es entstehen wieder bei bifunktionellen Gruppen lineare, thermoplastische Polymere und bei trifunktionellen Gruppen vernetzte, duroplastische Makromoleküle. Durch Polyaddition entstandene Kunststoffe nennt man Polyaddukte.
Bei diesem Verfahren wird ein Stoff (z.B. Latex) mit Schwefel oder Schwefelbindungen erhitzt. So entstehen Elastomere (bei Latex entsteht Gummi), die je nach Herstellungsverfahren bestimmte Eigenschaften haben.
Dieses Verfahren ist lediglich eine Nachbehandlung zur weiteren Vernetzung der Makromoleküle