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Kunststoffe - Eine Einführung:

Allgemeines:
Allgemein bezeichnet man Materialien als Kunststoffe, die hauptsächlich organischer Natur (Kohlenstoffverbindungen) sind, die aus Makromolekülen aufgebaut sind. Makromoleküle werden dabei aus vielen (mindestens 1000) gleichartigen kleinen Molekülen (Monomeren) zusammengesetzt, die sich aneinander gelagert haben. Daher bezeichnet man Kunststoffe auch als Polymere.
 

Vorteile von Kunststoffen:
Bei der Verwendung von verschiedenen Materialien als Werkstoffe spielen viele Faktoren eine Rolle, nachfolgend sind die Vorteile von Kunststoffen aufgelistet: 

  • geringe Dichte
  • relativ hohe chemische Beständigkeit
  • hohes elektrisches Isoliervermögen
  • sehr gute wärmetechnische und akustische Eigenschaften (gute Wärmeisolatoren und Schalldämmstoffe)
Nachteile von Kunststoffen als Materialien sind meist nur eine geringe Temperaturbeständigkeit, eine geringe Kratzfestigkeit und teilweise die Neigung zu elektrostatischer Aufladung.
 

Herstellung von Kunststoffen:
Die meisten Kunststoffe werden künstlich hergestellt. Diese Kunststoffe entstehen durch die Verknüpfung vieler kleiner Moleküle (Monomere) zu den großen Makromolekülen (Polymere) der Kunststoffe. In einer Polymerkette wiederholen sich also bestimmte Strukturelemente (Monomere) immer wieder. Je nach (gewünschter) chemischer Eigenschaft der Ausgangsstoffe (Monomere) können verschiedene Syntheseverfahren zur Herstellung von Kunststoffen verwendet werden. 

  • Die Polymerisation
  • Die Polykondensation
  • Die Polyaddition
  • Die Vulkanisation
Die unterschiedlichen Synthesemöglichkeiten bedeuten verschiedene Arten von Kunststoffen, die drei grundlegenden Arten von Kunststoffen sind:
  • Thermoplasten (auch Thermomere genannt)
  • Duroplasten (Duromere)
  • Elastomere


Eigenschaften von Kunststoffen:
Aus den Aufbaureaktionen von Makromolekülen lassen sich viele Eigenschaften von Kunststoffen ableiten:

Die Makromoleküle haben zwar das gleiche Bauprinzip (gleiche Monomere), unterscheiden sich aber in der Kettenlänge. Man gibt daher für  Kunststoffe nur eine durchschnittliche Molekülmasse an. Aufgrund dieser Eigenschaft besitzen Kunststoffe keine scharfen Schmelztemperaturen, sondern erweichen beim Erwärmen innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches. Wegen der großen zwischenmolekularen Kräfte sind Kunststoffe nicht verdampfbar, sondern zersetzen sich, wenn sie über den Schmelzbereich hinaus erhitzt werden. Eine weitere Folge der starken zwischenmolekularen Kräfte ist, dass Kunststoffe keine echten Lösungen bilden, sondern höchstens kolloid löslich sind (bei geringer Konzentration der Makromoleküle in Lösung entsteht ein dünnflüssiges Sol, bei höherer Konzentration ein viskoses Gel). Durch Zusatz von Weichmachern (meist organische Ester) werden spröde Kunststoffe weicher und dadurch leichter verformbar. Die Moleküle des Weichmachers werden dabei zwischen die Makromoleküle des Kunststoffs eingelagert und schwächen dadurch die zwischenmolekularen Kräfte. 
 

Recycling von Kunststoffen:
Im Prinzip gibt es hauptsächlich zwei wichtige Verfahren für das Kunststoff-Recycling:

  • Werkstoffliches Recycling: Bei diesem Verfahren werden (hauptsächlich) thermoplastische Kunststoffabfälle zerkleinert und eingeschmolzen, diese Reste werden bei einer neuen Produktion von Kunststoffen beigemischt. Für diese Art des Recyclings spricht die Einsparung von Energie und Rohstoffen. Dagegen spricht vor allem das teilweise kostspielige Sortieren der verschiedenen Kunststoffe und die zum Teil auftretende Qualitätsminderung der Fertigprodukte, denen die zerkleinerten Kunststoffabfälle beigemischt wurden.
  • Rohstoffliches Recycling: Ist das aufwendigste Verfahren zur Rohstoff-Wiederverwertung, dabei wird der Kunststoff in molekulare Einzelteile zerlegt, indem die Kunststoffe auf 600 bis 900 Grad Celsius auf einem Quarzbett erhitzt und dadurch in ihre molekularen Substanzen zerfallen. Für diese Methode spricht vor allem die Einsparung von Erdöl und die hohe Wiederverwertbarkeit der Monomere, zusätzlich ist eine vorherige Sortierung des Kunststoffes, wie beim werkstofflichen Recycling nicht mehr erforderlich. Dagegen spricht vor allem der hohe Energieaufwand durch das Erhitzen.
Meistens aber erfolgt die Verwertung von Kunststoffabfällen durch deren Verbrennung. Vorteile dieses Verfahren sind, dass die Menge des Kunststoffabfalls auf ein sehr kleines Volumen reduziert und die vorhandene (Bindungs-)Energie im Kunststoff selbst genutzt werden kann, zusätzlich ist diese Alternative sehr kostengünstig. Der Nachteil dieser Verwertung ist, dass durch die Verbrennung die Umwelt durch Schadstoffemissionen belastet wird.
 

weiterführende Informationen auf Lernort-Mint.de

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