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Polymerwerkstoffe

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Auch: Kunststoffe.

Siehe auch: Nomenklatur von Kunststoffen.

Nach DIN 7728 grundsätzlich organische Stoffe, die – durch Umwandlung von Naturprodukten oder vollsynthetisch durch Polymerisation, Polyaddition oder Polykondensation hergestellt – aus Makromolekülen bestehen. Dabei werden die Makromoleküle durch die jeweilige Bildungsreaktion aus niedermolekularen Monomeren / Oligomeren im Rahmen der chemischen Reaktion hergestellt, wobei die Namensgebung des Polymerisationstyps in der Regel durch das Monomer definiert wird.

Beispiele: PE … Polyethylen, PP … Polypropylen, PVC … Polyvinylchlorid, PS … Polystyrol.

Bei den Polymerwerkstoffen unterscheidet man nach den physikalischen Eigenschaften grundsätzlich Thermoplaste, Duroplaste (Duromere, Plaste, Plastomere) und Elastomere (Elaste) als gummiartige Polymerwerkstoffe.

Nach der Zusammensetzung der Werkstoffe unterscheidet man:

  • reine Stoffe wie z. B. PVC, PE und PP (als Polyolefine), PS, POM, PVdF, PTFE etc.,

  • Copolymere (als Block- oder Pfropfcopolymere), z. B. ABS,

  • Polyblends oder Polymermischungen, z. B. PVC + chloriertes PE oder PVC + Weichmacher, wobei der Weichmacher meist ein niedermolekularer Stoff ist (etwa DOP = Dioctylphthalat). Die Weichmachung (innere oder äußere) erlaubt die gezielte Einstellung entsprechender Werkstoffeigenschaften.

Die chemischen und physikalischen Eigenschaften der einzelnen Kunststoffe beruhen in erster Linie auf dem strukturellen Aufbau der Makromoleküle und – bei Duroplasten und Elastomeren – dem Grad der Vernetzung bzw. bei Thermoplasten der Art der Zusammenlagerung der Makromoleküle (z. B. amorph bei sperrigen Seitenketten oder aber (teil-)kristallin bei schlanken Fadenmolekülen). Die Länge der Makromoleküle wird durch den Polymerisationsgrad bzw. das Molekulargewicht des Makromoleküls bestimmt, wobei u. a. auch das Spektrum des Polymerisationsgrades für die Eigenschaft des jeweiligen Kunststoffes von Bedeutung ist.

Der strukturelle Aufbau von Kunststoffen – und speziell von Thermoplasten – zeigt kettenförmige Fadenmoleküle mit der Hauptkettenlinie aus Kohlenstoff mit seitlicher Anlagerung der für die verschiedenen Kunststoffe jeweils verschiedenen Elemente / Molekülgruppen wie z. B. H, Cl, F, Benzolring (Aromate) etc. Eine Sondergruppe von Kunststoffen sind die Silicone, die als Hauptkette Silizium-Sauerstoff-Ketten (− Si − O − Si − O −) aufweisen und ebenfalls entsprechende Seitenstrukturen zeigen.

Im Gegensatz zu den vollständig kristallinen Metallen sind Kunststoffe stets fadenförmig oder vernetzt aufgebaut, wobei die Verknüpfung über Kohlenstoffketten oder über Heteroatome (O, S, N) erfolgen kann. Vernetzungen basieren in der Regel auf chemischen Bindungen zwischen den Makromolekülen (Duromere und Elastomere), wie z. B. bei Epoxidharzen, Phenolharzen.

Zusammenlagerungen von (teil-)kristallinen Bereichen meist schlanker, fadenförmiger Makromoleküle erfolgen meist über Van-der-Waals-Kräfte bzw. Wasserstoffbrücken, wie z. B. bei den Thermoplasten PE, PP, PA, PVdF etc.

Kunststoffe zeichnen sich durch relativ geringe Dichte (ca. um 1–2 g/cm3), hohes Isolationsvermögen (gegen Wärme und elektrischen Strom), hohe chemische Resistenz gegen Säuren und Laugen und i. Allg. gute Ver- und Bearbeitbarkeit aus. Gegenüber Metallen sind Kunststoffe weit weniger wärmeformbeständig (Schmelz- bzw. Erweichungsbereich meist ca. 1/10 im Vergleich zu austenitischen Edelstahllegierungen), von erheblich geringerer mechanischer Festigkeit (ca. 10 % von Edelstahlwerkstoffen) und haben einen wesentlich geringeren Elastizitätsmodul (ca. 1/2001/1.000 von Edelstahlwerkstoffen).

Die mechanische Verarbeitung von Polymerwerkstoffen im Vergleich zu Metallen ist ähnlich, benötigt aber merklich geringere Zerspan- und Umformleistungen.

© 2013 – ECV – Lexikon der Pharmatechnologie

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