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Kunststoffe kennst du bestimmt schon aus deinem Alltag. In deiner Ausbildung ist dir der Begriff vielleicht auch schon mal über den Weg gekommen. In der Ausbildung ist nämlich auch die Einteilung und die Erzeugung von Kunststoffen wichtig.
Welche Kunststoffe gibt es aber überhaupt? Wie sieht die Struktur aus? Und wie entstehen sie? Das könnten Fragen sein, die dir vielleicht schon begegnet sind.
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Einteilung und Erzeugung von Kunststoffen einfach erklärt
Kunststoffe können nach ihrem Molekülaufbau und ihrer Struktur unterteilt werden. Außerdem gibt es unterschiedliche Erzeugungsarten.
Kunststoffe bestehen in ihrer Struktur aus langen Ketten. Diese Ketten haben unterschiedliche Basisbestandteile. Einmal Kohlenstoffatome und einmal Siliziumatome. Man kann es sich so vorstellen wie ein Baum, der nur einen Stamm hat aber von dem seitlich Äste abgehen.
Je nach Struktur und Verzweigungen kann man in Thermoplasten, Duroplasten und Elastomere unterscheiden.
Bei der Erzeugung gibt es drei Arten: Polymerisation, Polykondensation und Polyaddition.
Bei der Polymerisation bestehen Doppelverbindungen, also zwei zusammenhängende Teilchen, die sich mit anderen Doppelverbindungen vereinen.
Bei der Polykondensation verknüpfen sich ebenfalls Teilchen, jedoch wird Wasser dabei ausgeschieden.
Und bei der Polyaddition kommt es auch zu einem Zusammenschluss einzelner Teilchen, jedoch ohne eine Ausscheidung von Elementen.
Einteilung und Erzeugung von Kunststoffen Definition
Kunststoffe können nach ihrer Herstellung, sowie ihrer Struktur eingeteilt werden. Dementsprechend ändert sich auch das Aussehen, sowie die Eigenschaften. Bei der Erzeugung gibt es die drei Prozesse Polymerisation, Polyaddition und Polykondensation.
Einteilung der Kunststoffe
Chemisch betrachtet handelt es sich bei Kunststoffen um sogenannte Polymere. Diese sind sich wiederholende Einheiten (Poly = viel, Mer = Einheit).
In den letzten Jahrzehnten wurden Kunststoffe immer wichtiger bei der Konstruktion. Dies liegt an den vielfältigen Vorteilen, die sie mit sich bringen. Dazu gehört beispielsweise:
- geringe Dichte
- nicht vorhandene elektrische Leitfähigkeit
- geringe Wärmeleitfähigkeit
- Korrosionsbeständigkeit.
Anwendungsbereiche sind dadurch z. B. Verkleidungen, Behälter, Dichtungen, Rohrleitungen und Isolierungen.
Einteilung nach Molekülaufbau
Kunststoffe sind aus Makromolekülen aufgebaut. Makromoleküle sind lange Ketten, die aus unterschiedlichen Grundgerüsten entstehen und verzweigt sein können. Das Grundgerüst besteht entweder aus einer Basis von Kohlenstoffatomen oder Siliziumatomen, zwischen denen immer ein Sauerstoffatom ist.
Einteilung nach Struktur und thermischen Verhalten
Die Ketten der Makromoleküle sind unterschiedlich geordnet. Einerseits können sie ungeordnet und ohne Verknüpfung vorkommen, andererseits können sie auch verknüpft sein. Es entstehen dadurch zwei Arten:
- Vernetzte Makromoleküle
- Unvernetzte Makromoleküle
Durch den Aufbau ändert sich der Anwendungsbereich der Kunststoffe.
Grob können Kunststoffe in drei Arten unterteilt werden:
- Thermoplasten
- Duroplasten
- Elastomere
Thermoplasten
Ein Thermoplast besteht ausschließlich aus unterschiedlich langen Ketten ohne Verzweigungen. Dadurch hat ein Thermoplast den Vorteil, dass das Polymer anschließend wieder eingeschmolzen werden kann.
Wie der Name bereits sagt, sind Thermoplasten temperaturempfindlich. Sie können dadurch zwischen zwei verschiedenen Strukturzuständen wechseln.
Je wärmer es ist, desto Polymerketten liegen amorph, also kreuz und quer vor. Zwischen den Ketten stehen keine direkten Verbindungen, sondern intermolekulare Kräfte. Diese sind im amorphen Zustand eher schwach und der Kunststoff dadurch weich und verformbar.
Je kälter, desto eher liegen die Polymerketten kristallin vor. Das bedeutet, dass die Ketten parallel angeordnet sind und sich nicht überschneiden. Auch hier liegen intermolekulare Kräfte vor. Diese sind aber sehr stark, weshalb der Kunststoff hart ist.
Duroplasten
Dadurch, dass es sich bei einem Duroplast um ein stark verzweigtes Polymer handelt, haben wir so gesehen nur ein einziges Molekül vorliegen.
Deshalb kann, sobald ein Duroplast hergestellt wurde, dieser nur noch durch mechanische Einwirkungen wie Schleifen oder Sägen bearbeitet werden.
Außerdem sind Duroplasten besonders robust und stabil gegenüber Schlägen, Stößen und Hitzeeinwirkungen.
Die Duroplasten besitzen den höchsten Vernetzungsgrad. Dies spiegelt sich in der nicht vorhandenen Verformbarkeit und den widerstandsfähigen Eigenschaften des Duroplasten wider.
Elastomere
Die mechanische Verformbarkeit des Elastomers entsteht dadurch, dass im Grundzustand des Polymers einzelne Ketten gestaucht vorliegen. In diesem Zustand bilden sich zwischen den Ketten zwischenmolekulare Kräfte, die anziehend wirken (z.B. Van-der-Vaals-Kräfte und Wasserstoffbrückenbindungen).
Durch mechanische Einwirkung kann ein Elastomer gestreckt werden.
Dabei werden die zwischenmolekularen Kräfte teilweise aufgebrochen, da es sich um schwache Bindungen handelt.
Bei einem Elastomer sind ebenfalls wie bei einem Duroplast die Molekülketten durch weitere Molekülketten miteinander vernetzt. Jedoch ist die Struktur viel weitmaschiger und weniger stark verzweigt. Dadurch verfügt ein Elastomer über einen geringeren Grad (geringere Anzahl) an Vernetzungen.
Erzeugung von Kunststoffen
Polymerisation (Entstehung von Polymerisaten) | Die Polymerisation beschreibt Bildung von Polymerketten oder die Verzweigung dieser. Dabei wird zwischen einer Stufenwachstumsreaktion und einer Kettenwachstumsreaktion unterschieden. Die Makromoleküle bestehen aus kleinen, gleichen Molekülen, die eine Doppelbindung aufweisen. |
|---|---|
Polykondensation (Entstehung von Polykondensaten) | Eine Polykondensation zeichnet sich dadurch aus, dass sich während der Polymerisation ein Kondensat bildet. Die Moleküle zweier unterschiedlicher Stoffe werden verknüpft und es kommt zur Ausscheidung von Wasser (Kondensat). |
Polyaddition (Entstehung von Polyaddukaten) | Bei einer Polyaddition wird ein Polymer synthetisiert, indem sich zwei verschiedene Monomere durch einen elektrophilen Angriff verbinden. Unterschied zur Polykondensation ist, dass sich hier kein Kondensat bildet. |
Einteilung und Erzeugung von Kunststoffen Beispiele
Den Kunststoffstrukturen werden unterschiedlichen Anwendungsbereichen zugeordnet.
Die klassisch Anwendungen für Elastomere sind:
- Gummibänder
- Türrahmen
- Dichtungen
- Reifen
Duroplasten finden, da sie nicht schmelzen können, häufig eine Verwendung in:
- Autos
- der Nähe von Motoren
- einem Fön
Häufige Beispiele für Thermoplasten sind:
- Plexiglas
- Plastikfolien
- Plastikflaschen
Polymerisate und Polyaddukate lassen sich in unterschiedliche Kunststoffarten unterteilen. Polymerisate sind z. B. Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC) und Polystyropl (PS). Polyaddukate sind z. B. Polyurethan (PU) und Epoxidharz (EP).
Polyethylen wird vor allem bei Haushaltsartikeln wie Eimern, aber auch bei Rohren und Schutzhelmen. Polyvinylchlorid benutzt man ebenfalls im Haus aber eher bei Platten, Vorhängen oder Fußbodenbelägen. Polystyrol kann relativ vielfältig genutzt werden. Zum Beispiel für Joghurtbecher, Isolierung oder Werkzeuggriffe.
Polyurethan dient vor allem der Herstellung von Zahnrädern, Textilfasern oder Dichtungen. Epoxidharz wird gerne zur Konstruktionsverstärkung oder für Gießereimodelle genutzt.
Einteilung und Erzeugung von Kunststoffen Zusammenfassung
Kunststoffe werden aufgeteilt nach ihrer Struktur, dem Molekülaufbau und der Erzeugungsart.
Chemisch betrachtet handelt es sich bei Kunststoffen um sogenannte Polymere (wiederholende Einheiten).
Kunststoffe bestehen in ihrer Struktur aus Makromolekülen, die wie lange Ketten aussehen. Diese Ketten haben unterschiedliche Basisbestandteile. Einmal Kohlenstoffatome und einmal Siliziumatome. Außerdem kann zwischen vernetzten und unvernetzten Makromolekülen unterschieden werden.
Je nach Struktur und Verzweigungen gibt es dann Thermoplasten, Duroplasten und Elastomere.
Thermoplasten bestehen aus unterschiedlich langen Ketten wodurch sie leicht wieder eingeschmolzen werden können. Duroplasten sind stark verzweigt und dadurch sehr robust und stabil.
Elastomere sind weniger stark verzweigt und lassen sich dadurch mechanisch gut verformen.
Bei der Erzeugung von Kunststoffen gibt es drei Verfahren: Polymerisation, Polykondensation und Polyaddition.
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