Kunststoffe - Chemie.

« 3.3 Chemische Eigenschaften Die chemischen Eigenschaften eines Kunststoffes sind durch das Monomer (die sich wiederholende Einheit) bestimmt, aus dem die Polymerkette entstand.

Die Monomeresind die Ausgangssubstanzen der Kunststoffverbindungen.

So entstehen z.

B.

Polyolefine aus Olefinen als monomere Einheiten.

Dies sind offene Kettenkohlenwasserstoffemit mindestens einer Doppelbindung.

Polyethylen ist ein Polyolefin; seine monomere Einheit ist Ethylen. 4 HERSTELLUNG Die Herstellung von Kunststoffen oder Kunststoffprodukten umfasst die Bearbeitung der Rohstoffe, die Synthese der Polymere, das Verarbeiten der Polymere zu einemMaterial, das sich für die Herstellung eignet und das Gießen oder Formen des Kunststoffes zur fertigen Form. 4.1 Rohstoffe Ursprünglich wurden die meisten Kunststoffe aus Harzen oder verwandten Stoffen hergestellt, die aus pflanzlichem Material stammten, wie z.

B.

Cellulose aus Baumwolleoder Furfurole aus Weizenkleie.

Casein (aus Milch) gehört zu den nichtpflanzlichen Rohstoffen, die für die Kunststoffherstellung verwendet wurden.

Die Herstellung vonNylon 66 erfolgt durch Polykondensation von Adipinsäure und Hexamethylendiamin (HMDA), die von Nylon 6 durch eine kompliziert verlaufende, ringöffnendePolymerisation von e-Caprolactam.

Nylon 66 und Nylon 6 zählen heute mengenmäßig zu den bedeutendsten Polyamiden.

Wie diese beiden werden die meisten Kunststoffe aus Erdölprodukten synthetisiert. Allerdings gibt es seit einiger Zeit Forschungsanstrengungen, Kunststoffe aus natürlichen Produkten, so genannten nachwachsenden Rohstoffen zu entwickeln.

Ein Beispielhierfür stellten Forscher vom Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (Pfinztal bei Karlsruhe) 1999 der Öffentlichkeit vor.

Dem Team gelang die Synthese eines mitholzähnlichen Eigenschaften auf der Basis von Lignin und Pflanzenfasern (z.

B.

Hanf oder Flachs).

Dieser Kunststoff lässt sich z.

B.

auch nach dem Spritzgussverfahrenverarbeiten. 4.2 Polymersynthese Der erste Schritt bei der Herstellung von Kunststoffen ist die Polymerisation.

Wie bereits erwähnt, sind die beiden grundlegenden Verfahren zur Polymerisation dieKondensations- und die Additionsreaktionen.

Diese Verfahren können unterschiedlich umgesetzt werden.

Bei der großtechnischen Polymerisation wird meist reines Monomerpolymerisiert.

Dieser Vorgang erfolgt üblicherweise in der gasförmigen oder in der flüssigen Phase – es gibt jedoch auch einige Verfahren für Feststoffe. Bei der Lösungspolymerisation sind sowohl die Monomere als auch die aus ihnen entstehenden Polymere in dem bei der Reaktion verwendeten Lösungsmittel löslich (z.

B. Klebstoffe, Imprägniermittel).

Die so genannte Fällungspolymerisation stellt eine besondere Form der Lösungspolymerisation dar.

In diesem Fall ist das gebildete Polymer in dem verwendeten Lösungsmittel unlöslich und fällt aus (z.

B.

Polyethylen, Polypropylen, Polyacrylnitril). Wasserunlösliche Monomere lassen sich z.

B.

mit Hilfe der Emulsionspolymerisation verarbeiten.

Dabei wird das Monomer unter Verwendung von Emulgatoren in Wasser emulgiert und anschließend mit wasserlöslichen Initiatoren polymerisiert (z.

B.

Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat).

Eine andere Möglichkeit, wasserunlösliche Monomere zupolymerisieren, ist die Suspensionspolymerisation. Die Monomere sind dabei in Form feiner Tröpfchen unter starkem Rühren in der Wasserphase verteilt.

Die zum Starten der Reaktion benötigten Initiatoren sind in den Monomertröpfchen gelöst.

Die Reaktion wird durch höhere Temperatur oder Überdruck unterstützt.

Weil das entstehendePolymer (z.

B.

Polytetrafluorethylen) in Form von Perlen anfällt, nennt man diese Polymerisationsvariante auch Perlpolymerisation. 4.3 Zusätze Bei Kunststoffen werden häufig chemische Zusätze verwendet, um bestimmte Eigenschaften zu erzielen.

So schützen z.

B.

Antioxidationsmittel ein Polymer vor chemischemZerfall unter Einwirkung von Sauerstoff.

Auf ähnliche Weise schützen Ultraviolettstabilisatoren vor Verwitterung.

Weichmacher machen ein Polymer flexibler, Schmierstoffeverringern Reibungsprobleme, und Pigmente färben den Kunststoff.

Außerdem werden feuerhemmende und antistatische Zusätze verwendet. Viele Kunststoffe werden als Verbundstoffe hergestellt.

Bei diesem Verfahren wird ein Verstärkungsmaterial (meist Glasfaser oder Carbonfasern; siehe Faseroptik) mit Kunstharzen in eine Form gegossen.

Diese Verbundstoffe sind ähnlich fest und stabil wie Metalle, aber meist leichter.

Die Entsorgung einiger Verbundstoffe ist allerdingshäufig mit technischen Problemen verbunden.

Schaumstoffe, die einfach ausgedrückt aus Kunststoff und Gasblasen bestehen, verbinden großes Volumen mit geringemGewicht. 4.4 Formgebung und Verarbeitung Die Techniken, die für die Formgebung und Verarbeitung von Kunststoffen verwendet werden, hängen von drei Faktoren ab: Zeit, Temperatur und Fließverhalten(Deformation).

Eines der am häufigsten verwendeten Verfahren ist das Strang- oder Fließpressen.

Dabei wird Kunststoff durch eine Öffnung gepresst, die ihm diegewünschte Form gibt.

So hergestellte Produkte, z.

B.

Rohre, besitzen einen gleichmäßigen Querschnitt.

Beim Formblasen füllt ein so genannter Extruder, eine Form miteinem Rohr, das abgeschnitten und verschlossen wird.

Der so entstandene heiße, aus geschmolzenem Kunststoff bestehende Rohling wird dann wie ein Ballon aufgeblasenund gegen die Wände der Form gedrückt.

Beim Spritzgießen wird mit Hilfe von Extrudern die Schmelze in eine Form gespritzt.

Beim Spritzblasformen, z.

B.

bei derHerstellung von Flaschen für kohlensäurehaltige Getränke, wird der Rohling erst durch Einspritzen geformt, dann wieder erhitzt und aufgeblasen. Beim Pressformen werden Druckkräfte benutzt, um den Kunststoff in die gewünschte Form zu bringen.

Das Transferformen ist eine Kombination aus Spritzgießen undPressformen.

Ein weiteres Verfahren ist das Kalandern, mit dem Plastikfolien hergestellt werden.

Bestimmte Kunststoffe, insbesondere hochtemperaturbeständige, erfordernspezielle Herstellungsverfahren.

So hat z.

B.

Polytetrafluorethylen eine so hohe Schmelzviskosität, dass man es zuerst in Form presst und dann sintert, d.

h.

extrem hohenTemperaturen aussetzt, die es zu einer homogenen Masse verbinden, ohne es zu schmelzen.

Einige Polyamide werden mit einem ähnlichen Verfahren hergestellt. Recyclebare Kunststoffe, wie beispielsweise Polyethylen oder Polystyrol, lassen sich u.

a.

nach dem so genannten Spritzgussverfahren verarbeiten.

Hierbei wird das flüssigeVorprodukt in jeweils gewünschte Formen eingespritzt und härtet anschließend zum Kunststoff aus.

Mittels einer speziellen Schüttelvorrichtung an der Einspritzdüse lässtsich die Qualität des Recycle-Kunststoffes erheblich verbessern.

Durch das Schütteln werden die ineinander verschlungenen Polymerketten in eine geordnetere Formgebracht.

Das so erhältliche Produkt ist stabiler als Kunststoffe, die ohne Schüttelvorrichtung hergestellt wurden. 4.5 Verpackung Die Verpackungsindustrie zählt zu den Hauptabnehmern von Kunststoffen.

Ein großer Teil der Polyethylene wird in Rollen als Klarsichtverpackungsfolie verkauft.

AndereKunststoffe, die für Verpackungen verwendet werden, sind: Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC) und Polyvinylidenchlorid (PVDC).

Polyvinylidenchloridwird vor allem verwendet, weil es sehr dicht ist und daher verhindert, dass Sauerstoff oder andere Gase in die Packung eindringen oder aus ihr entweichen.

Eine ähnlichwirksame Sperre, aber gegen Wasserdampf, ist Polypropylen, das auch für Haushaltswaren und als Faser für Teppichböden und Seile verwendet wird.. »