Thermoplaste

Gruppe der Polymerwerkstoffe bzw. der Kunststoffe, die bei Raumtemperatur fest sind und durch kontrollierte Erwärmung (mehrfach) plastisch verformbar werden. Diese Eigenschaft wird in einer Reihe von typischen Kunststoffverarbeitungsverfahren, wie Spritzgießen, Extrudieren etc. ausgenutzt.

Thermoplaste sind meist Polymerisate (Polymerisation), d. h. unvernetzte, fadenförmige Makromoleküle, die entweder je nach Seitenkettenkonstruktion (Seitenkette) als amorphe oder aber teilkristalline Polymere vorliegen.

Spezielle Thermoplaste lassen sich durch einen Orientierungszug der Fadenmoleküle (Verstreckung) behandeln, wodurch eine deutlich mono-direktionale mechanische Festigkeitserhöhung erreicht werden kann (z. B. PA). Dies wird beispielsweise in der Fasertechnologie genutzt.

Die Energiespeicherung in Thermoplasten erfolgt v. a. durch Entropieelastizität, d. h. durch den Ordnungs- bzw. den Unordnungszustand der fadenförmigen Makromoleküle (v. a. derer mit geringer Verzweigung).

Die verschiedenen makromolekularen Stoffe unterscheiden sich dabei in Art und Anordnung der an ihrem chemischen Aufbau beteiligten Atome, in der Gestalt der Makromoleküle, in der Größe der Makromoleküle (Polymerisationsgrad bzw. Molekulargewicht) und in der Ordnung der Makromoleküle untereinander. Thermoplaste zeigen v. a. einen linearen oder kettenförmigen und kaum verzweigten Aufbau. Die Größe der Makromoleküle, welche durch das Molekulargewicht bzw. den Polymerisationsgrad gekennzeichnet ist, liegt bei ca. 50.000–300.000 g/Mol. bzw. einem Polymerisationsgrad von 3.000–20.000, wobei die Ketten bzw. Fäden eine lineare Länge von 10^-6–10^-3 mm aufweisen, bei einer „Dicke” von ca. 2 x 10^-7 mm.

Bei der großtechnischen Herstellung von Polymeren durch Polymerisation ist davon auszugehen, dass je nach Verfahren ein mehr oder minder breites Spektrum von Polymerisationsgraden (Molekulargewichten) entsteht. Je enger dieses Spektrum ist, desto höherwertiger ist der Werkstoff. (Über Polymere mit räumlicher Netzstruktur, also Duroplaste und Elastomere, lassen sich keine Molekulargewichtsaussagen machen, da es sich durch Vernetzung über Nebenvalenzbindungen (Chemische Bindungen) praktisch um ein einziges Riesenmolekül handelt.)

Die Ordnung der Makromoleküle von Thermoplasten untereinander lässt sich in folgende Gruppen einteilen: völlige Unordnung = amorph und mehr oder weniger starke Orientierung bzw. Parallellage der Fadenmoleküle in Form von Mizellen, Fibrillen etc. = teilkristalline Mischform (teilkristalline Polymere).

Die zwischenmolekularen Kräfte der Zusammenlagerung zwischen (berührenden) Makromolekülketten an den Berührungs- bzw. Verschlaufungsstellen nennt man Sekundärbindungen oder Haftkräfte 2. Ordnung, z. B. Van-der-Waals-Kräfte. Diese typischen Dispersionskräfte kennzeichnen v. a. kristalline Phänomene sehr deutlich und bestimmen eine Reihe von Werkstoffeigenschaften – speziell das relativ ausgeprägte Schmelzpunktverhalten von deutlich teilkristallinen Polymeren wie PE und PA.

Thermoplaste sind gekennzeichnet durch

• geringes spezifisches Gewicht zwischen 0,9–1,5 kg/dm³ (Ausnahme PTFE bis 2,3),

• hohe chemische Beständigkeit gegen Säuren, Laugen, Lösungsmittel sowie Alterung; chemische Zersetzungen erfolgen meist bei Temperatruen > 280 °C,

• hohes thermisches und elektrisches Isoliervermögen,

• gutes mechanisches Verhalten bei Raumtemperatur.

Die meisten Thermoplaste sind schmelzbar, schweißbar, quellbar und löslich. Weiterhin zeigen Thermoplaste infolge ihres makromolekularen, verschleiften Aufbaus typische Kriecheigenschaften (Kaltfließen) unter mechanischer Spannung.

© 2013 – ECV – Lexikon der Pharmatechnologie