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 Struktur von Kunststoffen untersucht werden
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.
Im einführenden Kapitel über Kunststoffe wurde erwähnt, dass die Beweglichkeit mit zunehmender Molekülgröße abnimmt (gleichzeitig nimmt die Festigkeit zu). Dies lässt sich durch die Wechselwirkungen in Polymeren erklären. Innerhalb der Ketten (zwischen den Atomen) wirken Atombindungen (intramolekulare Wechselwirkung, Primärbindung), zwischen den Ketten wirken hauptsächlich schwache van-der-Waals-Kräfte (intermolekulare Wechselwirkung, Sekundärbindung). Die van-der-Waals-Kräfte wirken additiv und erklären damit Eigenschaften mit zunehmender Molekülgröße.
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. Anhand des Verhaltens beim Erhitzen kann man drei Kunststoffarten klassifizieren:
Wie bekannt sein dürfte, nimmt mit steigender Temperatur die Kettenbeweglichkeit zu, die Polymere können aber grundsätzlich durch Erhitzen nicht in den gasförmigen Zustand überführt werden. Die Größe der intermolekularen Wechselwirkungen wäre zu groß.
Einige Kunststoffe lassen sich in Lösungsmittel lösen, d.h die Ketten vollständig voneinander zu lösen. Damit ein Lösungsmittel ein Kunststoff lösen kann, müssen die Moleküle des Lösungsmittels mit den Molekülen des Polymeres eine ähnliche bzw. höhere Wechselwirkung wie zwischen den Ketten des Makromoleküls aufweisen. Dies ist dann der Fall, wenn das Lösungsmittel einen ähnlichen molekularen Aufbau aufweist, wie das Polymer (unpolare Stoffe -> unpolare Lösungsmittel, polare Stoffe -> polare Lösungsmittel). Die Löslichkeit von Kunststoffen hängt dabei aber stark von der Art und Zahl des Substitutenten der Ketten der Makromoleküle ab. Die Löslichkeit von thermoplastischen Kunststoffen sinkt mit zunehmendem Polymerisationsgrad. Weiterhin sind Duromere aufgrund der Vernetzung der Ketten in allen Lösungsmitteln unlöslich und können höchstens in einem eng begrenzten Ausmaß quellen.
Übersicht Strukturmerkmale von Kunststoffen:
