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.
Da -wie bereits oft auf Lernort-Mint.de- erwähnt ein Zusammenhang zwischen der Struktur und Eigenschaften von Stoffen besteht, soll nun nachfolgend die Darstellungsmöglichkeiten von Kunststoffen näher betrachtet werden
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 Syntheseverfahren im Überblick
- Polymerisation: Monomere haben in diesem Verfahren eine C=C-Bindung bzw. Mehrfachbindung (Alkene, Alkine, Aldehyde), die durch einen “Aktivator” in Radikale umgeformt werden und somit eine Kettenreaktion ausgelöst wird. Diese Kettenreaktion endet erst, wenn alle Radikale ineinander aufgegangen sind. Durch diesen kettenförmigen Reaktionsablauf bilden sich daher meist lineare oder wenig verzweigte Makromoleküle, die zum Strukturaufbau von thermoplastischem Kunststoff benötigt werden. Stoffe, die nach diesem Reaktionstyp gebildet werden nennt man Polymerisate, die Bildung langen (Kunststoff-)Ketten erfolgt dabei ohne Austritt niedrigmolekularer Verbindungen (wie beispielsweise Wassermolekülen)
- Polykondensation: Bei diesem Verfahren bilden zwei Monomere unter Abspaltung eines kleinen Moleküls ein großes Polymer. Es setzt jedoch voraus, dass im Molekül der Monomere mindestens zwei funktionelle Gruppen (Hydroxyl-, Carboxyl- und Amino- Gruppen) vorhanden sind. Bei diesem Verfahren bilden sich ebenfalls lineare, thermoplastische Makromoleküle (bei bifunktionellen Gruppen) und aus trifunktionellen Gruppen werden vernetzte, duroplatische Polymere. Alle Endstoffe dieses Reaktionstypens werden Polykondensate genannt.
- Polyaddition: Ähnlich wie bei der Polymerisation benötigen die Monomere in ihrem Molekül eine Mehrfachbindung, zusätzlich aber auch funktionelle Gruppen. Ähnlich wie bei der Polykondensation entstehen bei bifunktionellen Gruppen lineare, thermoplastische Polymere und bei trifunktionellen Gruppen vernetzte, duroplastische Makromoleküle. Durch Polyaddition entstandene Kunststoffe nennt man Polyaddukte.
- Vulkanisation: Ist im eigentlichen Sinne kein Darstellungsverfahren, die Vulkanisation dient nach der Herstellung der Polymere zur weiteren Vernetzung der Polymere. Bei der Vulkanisation wird ein Polymer mit Schwefel oder Schwefelbindungen erhitzt. So können Elastomere hergestellt werden, die je nach Herstellungsverfahren bestimmte Eigenschaften haben.
Kunststoffe – Synthesemöglichkeiten – Testfragen/-aufgaben
1. Was versteht man unter der Synthese von Kunststoffen?
Die Synthese von Kunststoffen bezieht sich auf den Prozess der Herstellung von Polymeren aus Monomeren durch verschiedene chemische Reaktionen.
2. Nennen Sie zwei gängige Verfahren zur Synthese von Kunststoffen.
Zwei gängige Verfahren zur Synthese von Kunststoffen sind die Polymerisation und die Polykondensation.
3. Wie unterscheiden sich Additionspolymerisation und Kondensationspolymerisation?
In der Additionspolymerisation verbinden sich Monomere ohne die Abspaltung von Nebenprodukten. Im Gegensatz dazu geht die Kondensationspolymerisation mit einer Abspaltung von Nebenprodukten, wie Wasser oder Alkohol, einher.
4. Was ist Polyethylen und wie wird es synthetisiert?
Polyethylen ist ein weit verbreiteter Kunststoff, der durch die Polymerisation von Ethylen hergestellt wird.
5. Welches sind die Bausteine von Kunststoffen und welche Bindungen werden dabei aufgebaut?
Die Bausteine von Kunststoffen sind Monomere. Diese verbinden sich durch Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindungen oder durch Doppelbindungen zu Polymeren.
6. Wie wird Polyvinylchlorid (PVC) synthetisiert?
Polyvinylchlorid (PVC) wird durch radikalische Polymerisation von Vinylchlorid-Monomeren hergestellt.
7. Welche natürlichen Polymeren kennen Sie und wie können diese synthetisiert werden?
Zu den natürlichen Polymeren zählen Polysaccharide wie Stärke und Cellulose, Proteine oder Peptide und Nukleinsäuren wie DNA und RNA. Die Synthese dieser natürlichen Polymere erfolgt in lebenden Zellen durch enzymatische Prozesse.
8. Was versteht man unter einem Copolymeren?
Ein Copolymer ist ein Polymer, das aus zwei oder mehr verschiedenen Monomeren gebildet wird. Ihre Eigenschaften können durch Veränderung des Verhältnisses und der Anordnung der Monomere angepasst werden.
9. Worin bestehen die Unterschiede zwischen thermoplastischen und duroplastischen Kunststoffen?
Thermoplaste sind Kunststoffe, die sich bei Erwärmung verformen lassen und beim Abkühlen ihre Form behalten. Duroplaste können nicht erneut verformt werden, sobald sie erst einmal ausgehärtet sind.
10. Welche Faktoren beeinflussen die Eigenschaften von synthetisierten Kunststoffen?
Die Eigenschaften von synthetisierten Kunststoffen werden durch Faktoren wie Art der Monomere, Anordnung der Monomere im Polymer, Grad der Polymerisation und Anwesenheit von Nebenprodukten oder Additiven beeinflusst.
