Was ist Kunststoff?

Menschen kommen fast täglich mit Kunststoffen in Berührung. Was ist also Kunststoff?

Kunststoffe sind Polymere, deren Hauptbestandteile synthetische Harze sind. Hinzu kommen je nach Bedarf spezielle Additive, wie zum Beispiel Weichmacher zur Verbesserung der Plastizität oder Alterungsschutzmittel, die das Altern des Kunststoffs verhindern.

Obwohl das relative Molekulargewicht des Polymers sehr groß ist, ist die Zusammensetzung nicht kompliziert und die Struktur folgt bestimmten Regeln. Sie werden durch die Polymerisation kleiner Moleküle hergestellt, wie zum Beispiel Polyethylen-Kunststoff, der durch die Polymerisation von Ethylenmolekülen entsteht.

Wenn Polyethylen-Kunststoff auf einen bestimmten Temperaturbereich erhitzt wird, beginnt er weich zu werden, bis er zu einer fließfähigen Flüssigkeit schmilzt. Geschmolzener Polyethylen-Kunststoff wird beim Abkühlen wieder fest und schmilzt beim erneuten Erhitzen wieder zu einer Flüssigkeit; dieses Phänomen nennt man Thermoplastizität. Polyethylen, Polyvinylchlorid und Polypropylen sind allesamt Thermoplaste. Einige Kunststoffe hingegen werden während des Herstellungsprozesses beim Erhitzen nur weich und können in eine bestimmte Form gebracht werden. Nach der Verarbeitung und Formgebung schmelzen sie bei Hitzeeinwirkung nicht mehr und sind duroplastisch, wie zum Beispiel Phenolharz.

Warum treten die oben genannten Phänomene auf? Dies liegt daran, dass Thermoplaste eine lange, kettenartige lineare Struktur aufweisen. Die langen Ketten von Polyethylen und Polyvinylchlorid sind beispielsweise durch C-C-Bindungen verbunden, und diese langen Ketten werden durch intermolekulare Kräfte zusammengehalten. Beim Erhitzen schwingen diese langen Ketten schneller, die intermolekulare Kraft zwischen den Ketten schwächt sich ab, und es kommt zu einem entsprechenden Gleiten zwischen den langen Ketten, wodurch der Kunststoff zu einer Flüssigkeit schmilzt. Beim Abkühlen nimmt die in den langen Ketten enthaltene Energie ab, der Abstand verringert sich und die gegenseitige Anziehung nimmt zu, sodass sie wieder aushärten.

Duroplaste liegen im frühen Stadium der Bildung ebenfalls in Form langer Ketten vor, werden beim Erhitzen weich und können in eine bestimmte Form gebracht werden. Wenn der Duroplast jedoch weiter erhitzt wird, bilden sich kovalente Bindungen zwischen den Ketten, was zu einer gewissen Vernetzung führt, eine körperartige Netzwerkstruktur bildet und zu Aushärtung und Formgebung führt. Bei erneutem Erhitzen wird das Gleiten der Kettenmoleküle eingeschränkt und sie schmelzen nicht.

Es gibt viele Arten von Kunststoffen und ihre Verwendungsmöglichkeiten variieren. Polyethylen beispielsweise zeichnet sich durch gute elektrische Isolierung, chemische Korrosionsbeständigkeit, Kältebeständigkeit und Ungiftigkeit aus. Es kann zu Folien verarbeitet werden, die als Verpackungsmaterial für Lebensmittel und Medikamente sowie für Gebrauchsgegenstände, Isoliermaterialien, Rohre usw. dienen. Polyvinylchlorid hingegen weist eine gute elektrische Isolierung, chemische Korrosionsbeständigkeit, Beständigkeit gegen organische Lösungsmittel und Verschleißfestigkeit auf, hat jedoch eine schlechte thermische Stabilität, eine geringe Luftdurchlässigkeit und wird bei Kälte hart. Es kann zu Folien, Schläuchen, Gebrauchsgegenständen, Rohren, Isoliermaterialien usw. verarbeitet werden. Folien daraus dürfen nicht zum Verpacken von Lebensmitteln verwendet werden. Polypropylen besitzt eine gute mechanische Festigkeit, gute elektrische Isolierung, chemische Korrosionsbeständigkeit, ein geringes Gewicht und ist ungiftig, weist jedoch eine schlechte Ölbeständigkeit, Sprödigkeit bei niedrigen Temperaturen und eine leichte Alterung auf. Es kann zu Folien, Gebrauchsgegenständen, Rohren, Verpackungsmaterialien usw. verarbeitet werden. Polystyrol hat eine gute elektrische Isolierung, gute Lichtdurchlässigkeit, chemische Korrosionsbeständigkeit, ist ungiftig, bei Raumtemperatur hart und spröde, wird bei hohen Temperaturen weich und hat eine schlechte Ölbeständigkeit. Es kann zu Hochfrequenz-Isoliermaterialien, Fernseh- und Radarkomponenten sowie medizinischen Sanitärartikeln verarbeitet werden und lässt sich auch zu Schaumkunststoffen für Stoßdämpfung, Feuchtigkeitsschutz, Schalldämmung und Verpackungspolster verarbeiten. Harnstoff-Formaldehyd-Kunststoffe haben eine gute Isolierung, Hitzebeständigkeit, sind wasserfest, leicht einzufärben und können für elektrische Geräte, Autoteile, Gebrauchsgegenstände usw. verwendet werden. Tetrafluorethylen ist beständig gegen niedrige und hohe Temperaturen, chemisch korrosionsbeständig, lösungsmittelbeständig und elektrisch isolierend, jedoch schwer zu verarbeiten.