EKT Aufbau und Herstellung von Kunststoffen.txt

• Naturstoffe (nicht synthetisch)
• Umgewandelte Naturstoffe (halbsynthetisch)
• Kunststoffe (vollsynthetisch)

• Kohlenwasserstoffe: Kautschuk
• Polysaccharide: Cellulose, Stärke
• Proteine: Seide, Wolle

• KW-Basis: Gummi
• Cellulose-Basis: Celluloid, Viskose
• Protein-Basis: Leder

• Polymerisate: PE, PP, PS, PVC
• Polykondensate: Bakelit, Polyester
• Polyaddukte: Polyurethane

• Material, das ein oder mehrere Polymere und Additive enthält sowie zusätzlich Füll- oder Verstärkungsstoffe enthalten kann
• Kunststoffe sind synthetisch-organische Werkstoffe, die als wesentliche Bestandteile Makromoleküle enthalten
• Kunststoffe durchlaufen in irgendeiner Phase ihrer Verarbeitung plastische Zustände

• Mischung zweier oder mehrerer thermoplastischer Polymere (genauer: chemisch und physikalisch unterschiedliche Phasen/ Komponenten)
• Beispiele: PC/ABS (Bayblend, BayerMS), PBT/PET (Pocan , Lanxess), ASA/PC (Luran , BASF), ABS/PA6 (Terblend, BASF), PP/EPDM

• Mischung eines oder mehrerer thermoplastischer Polymere mit Füll- oder/und Verstärkungsstoffen sowie Additiven
• Herstellung von Compounds heißt Compoundieren oder Aufbereiten bzw. Konfektionieren

Mischung eines Polymeren (vor allem Duromere) mit meist hohen Anteilen an Verstärkungsstoffen, meist Glas- oder Kohlefasern

• Dichte zwischen 0,8 g/cm³ (Polymethylpenten) und 2,2 g/cm³(Polytetrafluorethylen)
• leichter als Metalle oder keramische Werkstoffe
• hohe mechanische Tragfähigkeit wird durch Einarbeiten von leichtgewichtigen Verstärkungsfasern erreicht
• Anwendung im Fahrzeug- und Flugzeugbau, Sportgeräten, Verpackungen usw.
• leichtes Aufschäumen möglich (weitere Gewichtsreduktion)

• Elastizitätsmoduln und Festigkeit sind weit gespreizt (Kautschuk bis Aluminium) und liegen zum Teil wesentlich niedriger als die entsprechenden Eigenschaften der Metalle
• durch Flexibilität sind z.B. Filmscharniere möglich
• Kunststoffgerechte Konstruktion ermöglicht Substitution

• Verarbeitungstemperatur von Raumtemperatur bis ca. 250 °C, in Sonderfällen bis 400°C
• unkomplizierte Verarbeitung
• niedrige Fertigungskosten
• Einarbeiten von Füll- und Verstärkungsstoffen möglich

• Wärmeleitfähigkeit (1 x 10^-1 bis 8 x 10^-1 W/mK), 3 Größenordnungen geringer als Metalle-
• Einsatz als Isoliermaterial
• Beschleunigung des Abkühlvorgangs bei der Fertigung wird dadurch limitiert-
• Der elektrische Durchgangswiderstand liegt bei homogenen Kunststoffen zwischen 10¹⁰ und 10¹⁸ Ohm, 15 Größenordnungen höher als Konstantan
• wichtiges Isoliermaterial
• kann durch Zugabe von Additiven leitfähiger gemacht werden (Ruß, Metallfasern, Graphit)
• Kunststoffe die durch Ihren Molekülaufbau leitfähig sind , Polyacetylen, Polypyrrol, Polyanilin), Umformung nicht möglich (z.B. Zuschlagstoff für Lacke)

intrinsisch

amorph erstarrende Kunststoffe (Acrylglas, Polycarbonat)

• Infolge des von Metallen sehr verschiedenen atomaren Bindungsmechanismus (Atombindung anstelle der metallischen Bindung) weniger Korrosionsanfällig
• Große Anwendungsvielfalt ohne Schutzschichten auftragen zu müssen
• häufig nicht beständig gegen organische Lösungsmittel
• Die Löslichkeit ist oft gewünscht (Lacke sind gelöste Polymere)

• Durchlässigkeit resultiert aus großem Atomabstand
• Durchlässigkeit zum Teil gewünscht (z.B. Membranen für Meerwasserentsalzung)
• Wenn nicht gewünscht muss eine Barriereschicht aufgebracht werden

• Thermoplaste sind Kunststoffe, die beim Erwärmen plastisch verformbar werden.
• Ursache: Makromoleküle sind linear aufgebaut oder schwach verzweigt und untereinander nicht vernetzt. Mit zunehmender Temperatur gleiten die ungeordneten Molekülketten aneinander vorbei, der Kunststoff erweicht und kann so geformt werden.
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• Duroplaste (Duromere) lassen sich beim Erwärmen nicht verformen. Ab einem bestimmten Temperaturbereich zersetzen sie sich ohne zu erweichen.
• Ursache: Die engmaschig vernetzten Makromoleküle können sich bei Temperaturerhöhung nur wenig gegeneinander bewegen. Oberhalb der Zersetzungstemperatur werden Atom-bindungen in den Makromolekülen gespalten.
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• Elastomere verändern bei mechanischer Belastung ihre Form und kehren nach Ende der Belastung in ihre ursprüngliche Form zurück.
• Ursache: Weitmaschig vernetzte Makromoleküle können bei Krafteinwirkung aneinander abgleiten und sich strecken. Die aufgenommene Energie wird dabei gespeichert und lässt die Moleküle wieder in den Ausgangszustand zurückkehren. Bei höheren Temperaturen findet eine Zersetzung statt.

In teilkristallinen Thermoplasten treten lediglich einige Kettenabschnitte parallel gebündelt (kristallin) auf. Dazwischen durchlaufen die Makromoleküle ungeordntete (amorphe) Bereiche, in denen sie unter Zug oder Druck leichter aneinander abgleiten können.

Kristalline Bereiche erhöhen die Stabilität dieser Kunststoffe. Die Ketten werden aneinander festgehalten und können nur schwer voneinander abgleiten. Amorphe Regionen sorgen für elastische und biegsame Materialien.

• Ausgangsbasis meist Rohöl (teilweise Erdgas und auch Kohle möglich)
• Rohöl enthält ca. 1000 unterschiedliche Kohlenwasserstoffverbindungen
• Destillation im Röhrenofen bei ca. 400°C
• Die Fraktionen unterscheiden sich in ihrem Siedepunkt und damit auch in ihrer Molekülgröße
• Naphtha als Ausgangsstoff besonders wichtig. Durch das Cracken der Naphtafraktion bei ca. 850°C zerfallen im sog. Steamcracker die Kohlenwasserstoffverbindungen zu kleineren Molekülen wie z.B. Ethylen
• Die Ausgangsstoffe können dann noch modifiziert werden

• Polymerisation
• Polykondensation
• Polyaddition

• Kombination gleichartiger Monomerbausteine zu einer linearen Kette durch Aufklappen der C=C Doppelbindung ohne Abspaltung flüchtiger Bestandteile
• Monomere für die Polymerisation besitzen immer mindestens eine Kohlenstoffdoppelbindung
• Bei einer Polymerisation wächst die durch einen Initiator gestartete Polymerkette durch Anlagerung einzelner Monomermoleküle in einer Kettenwachstumsreaktion. Für den Start der Reaktion muss Energie von außen zugeführt werden
• Man unterscheidet zwischen radikalischen, anionischen und kationischen Initiatoren

• Kombination verschiedenartiger Monomerbausteine zu einer linearen oder verzweigten Kette unter Abspaltung flüchtiger Bestandteile
• Die Polykondensation ist eine Gleichgewichtsreaktion
• Werden diese Nebenprodukte nicht abgeführt kommt die Reaktion zum Stillstand

Bildung linearer oder verzweigter Ketten durch chemische Umwandlung der funktionalen Gruppen verschiedener Moleküle, meist eine Wanderung der H-Atome, ohne eine Abspaltung flüchtiger Bestandteile

• Stufenreaktionen, nicht um Kettenreaktionen
• Jedes reaktive Kettenende hat gleiche Reaktionswahrscheinlichkeit
• Aktivierungsenergie jeder Teilreaktion etwa gleich, Kettenwachstum häufig langsam
• Monomerkonzentration nimmt schnell ab
• Lange Reaktionszeit sind für hohe mittlere Molmasse notwendig
• Monomere bilden Oligomere, Oligomere bilden Polymere
• Nach Abschluss des Kettenwachstums kann sich Molmasse verändern durch Gleichgewichts- bzw. Austauschreaktionen (Polyamide, Polyester) oder Hydrolyse
• Die Molmassenverteilung ist im Allgemeinen schmal

• die Molmasse in g/mol (Summe der Atommassen der im Polymer enthaltenen Atome)
• den Polymerisationsgrad (Zahl der Monomereinheiten im Polymer)

• Angabe mittlerer Größen, typisch sind:
• Polymerisationsgrad: 100 – 10.000
• Molmasse: 8000 – 3.000.000 g/mol

• eng: ionische Polymerisation, Polyaddition, Polykondensation
• breit: radikalische Polymerisation

• Konzentration von Monomer
• Aktivator
• Polymer
• Temperatur
• Druck

• Höhere Festigkeit (höhere Nebenvalenzkräfte, mehr Verschlaufungen)
• Höhere Zähigkeit (geringerer Kristallisationsgrad bei längeren Molekülen, mehr Verschlaufungen)
• Höhere chemische Beständigkeit (höhere Nebenvalenzkräfte, geringer Einfluss von Abbau, da insgesamt hohes Niveau)
• Schlechteres Fließverhalten (mehr Verschlaufungen)

• Höhere Gleichmäßigkeit von Kennwerten
• Enger thermischer Erweichungsbereich
• Geringe Spannungsrissempfindlichkeit
• Bessere Chemikalienbeständigkeit

• Besseres Fließverhalten
• Abnehmende Sprödigkeit (Weichmacherwirkung)
• Erniedrigung des Kristallisationsgrades

• Festigkeit und Schlagzähigkeit laufen mit zunehmender Molmasse asymptotisch gegen einen Grenzwert
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• Einfluss der Molmasse auf dasSpannungs-Dehnungsverhalten:
• Nach Durchlaufen eines Maximums nimmt Bruchdehnung wieder ab
• Bruchspannung nimmt mit steigender Molmasse stetig zu
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