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Aufbau von Kunststoffen

Alle Kunststoffe haben ein ähnliches Bauprinzip

Der Begriff Polymer (griech. poly "viel", meros "Teilchen") wurde 1832 von Jöns Jacob Berzelius geprägt, der bei der Untersuchung von niedermolekularen Weinsäuren herausfand, dass chemische Substanzen bei gleicher chemischer Zusammensetzung verschiedene physikalische Eigenschaften besitzen können. 1833 bezeichnete er Substanzen mit gleicher Zusammensetzung, aber unterschiedlichen Eigenschaften als Isomere. Im Falle, zusätzlich verschiedener Molekülgrößen, schlug er vor, ebenfalls die Bezeichnung Polymere zu benutzen. In den 1880er Jahren fanden F. M. Raoult und J. H. van't Hoff zum Beispiel für Kautschuk oder Stärke sehr hohe Molmassen mit Hilfe physikalischen Methoden.

Dennoch dauerte es noch lange, bis tatsächlich genauere Erkenntnisse über die Struktur von Polymeren gewonnen wurden. Die meisten Wissenschaftler zweifelten daran, dass hier wirklich riesige Moleküle vorliegen. Vielmehr war die Ansicht vorherrschend, dass sich eine grosse Anzahl kleiner Moleküle regelrecht zusammenballt und dabei eine sogenannte Micellenstruktur bildet. Hermann Staudingers um 1920 geäußerter Vorschlag, dass Polymere "Makromoleküle" (griech. makros "groß") sind, führte zu intensiven, emotionsreichen Diskussionen. Durch Untersuchungen von Polystyrol, Cellulose, Kautschuk und anderen Substanzen bewies Staudinger seine These der grossen Moleküle.

Kunststoff
Kunststoffe sind künstlich hergestellte Werkstoffe, die aus Makromolekülen (Riesenmolekülen) mit organischen Gruppen bestehen. Sie werden aus vielen kleinen Molekülen (den sogenannten Monomeren) hergestellt. Man spricht daher auch von Polymeren .
Abb.1
Schematische Darstellung der Polymerisation
Kunststoffe bestehen vorwiegend aus den Elementen Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O). Daneben auch Stickstoff (N), Schwefel (S), Chlor (Cl) und Fluor (F).

I. Kettenförmige Makromoleküle

Abb.2
Kettenförmige Makromoleküle

Reiht man Monomere, wie oben gezeigt, linear (d.h. ohne Verzweigung) aneinander, erhält man Makromoleküle, die Ketten bilden: als Kettenglieder kann man sich die gleichen oder auch unterschiedliche Bausteine vorstellen, welche immer wiederkehren. Die Molmasse dieser Riesenmoleküle liegt zwischen 8000 und 10.000.000 g/mol. Es können somit bis zu mehreren hunderttausend Bausteine zu einem Molekül verknüpft sein. Diese kettenförmigen Makromoleküle findet man in den sogenannten Thermoplasten (griech. thermos "warm", plasso "bilden") Kunststoffen, die beim Erwärmen schmelzen.

II. Makromoleküle können auch vernetzt sein

Abb.3
Vernetzte Makromoleküle

Neben den kettenförmigen Makromolekülen können - je nach Wahl der Monomere - auch vernetzte Makromoleküle entstehen. Je nach der Stärke der Vernetzung entstehen Kunststoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften. Weiches Gummimaterial ist wenig vernetzt - es ist elastisch. Eine Steckdose besteht dagegen aus stark vernetztem Material welches auch bei hohen Temperaturen sehr haltbar ist. Man spricht daher auch von Elastomeren (elastisch = dehnbar) und Duroplasten (Duromeren) (latein. durus "hart").

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