Duroplaste: Unterschied zwischen den Versionen
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Version vom 8. November 2018, 19:46 Uhr
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Kunststoffe
Unter Kunststoffen versteht man im Allgemeinen Festkörper, die hauptsächlich aus synthetisch bzw. halbsynthetisch erzeugten Polymeren
mit organischen Gruppen bestehen.
Andere Begriffe sind auch "Plaste" oder aber umgangssprachlich "Plastik".
Thermoplaste
Thermoplasten sind Kunststoffe, welche aus linearen Kohlenstoffketten bestehen. Zwischen den Ketten herrschen nur schwache Anziehungskräfte (Nebenvalenzen), weshalb sie ab einer gewissen Temperatur bis hin zu ihrer Schmelztemperatur leicht zu verformen sind. Hierbei gibt es zwei verschiedene Temperaturbereiche die es zu unterscheiden gilt. Im ersten ist der Kunststoff thermoelastisch und nimmt nach dem Verformen beim Abkühlen wieder seine Ausgangsform an, während er im thermoplastischen Bereich zwar verformt werden kann, sich jedoch nicht automatisch wieder zurück formen kann. Durch das Abkühlen und Wiedererwärmen kann dies beliebig oft widerholt werden, bis es zur Überhitzung und somit auch zur Zersetzung des Stoffes kommt. Thermoplasten werden aufgrund ihrer leichten Formbarkeit außerdem in vielen Alltagsgegenständen verwendet, wie zum Beispiel Trinkbecher.
Elastomere
Duroplaste
Ein Duroplast ist im Allgemeinen ein sehr harter Kunststoff, bestehend aus eng vernetzten Polymeren. Er entsteht, wenn Monomere mit jeweils drei funktionellen Gruppen durch Polykondensation miteinander reagieren und sich dreidimensional verbinden. Durch diese feste Vernetzung erhalten Duroplasten zudem eine sehr hohe Stabilität und sind nach dem Aushärtungsprozess nicht mehr verformbar. Sie können deshalb nur mechanisch, durch beispielsweise fräsen, sägen oder feilen, bearbeitet werden. Allerdings bilden sich dabei Risse oder Sprünge, weshalb dies vermieden wird, indem sie direkt in der gewünschten Form hergestellt werden. Außerdem neigen Duroplasten teilweise dazu nach dem Aushärten zu schrumpfen, springen oder auch zerbröseln, was auf Spannungen innerhalb des Moleküls zurückzuführen ist.
Eigenschaften
Im Gegensatz zu Thermoplasten schmelzen Duroplasten beim Erhitzen nicht. Stattdessen zerfallen sie, da ihre Zersetzungstemperatur niedriger ist als ihre Schmelztemperatur. Auch durch Lösungsmittel sind sie nicht auflösbar. Zudem sind Duroplasten sehr spröde und hart, was sie von Elastomeren unterscheidet, und können auseinanderbrechen. Je nach Zusammensetzung können sie noch weitere Eigenschaften annehmen. So können Duroplasten beispielsweise auch elektrisch isolierend, chemikalienbeständig, farblos oder aber auch besonders steif sein.
Anwendungsbereiche
Aufgrund ihrer vielfältigen Eigenschaften sind Duroplasten in vielen verschiedenen Gebieten einsetzbar. Gerade die Elektroindustrie macht sich den Kunststoff als Dämmung zu nutzen, sodass Duroplasten häufig in elektrischen Schaltern, Steckdosen oder auch Gehäusen von Haushaltsgeräten vorzufinden sind. Mittlerweile steigt auch der Gebrauch in der Automobilindustrie, welche nach und nach immer mehr Metall- durch Duroplast-Bauteile ersetzt. Dies ist vor allem auf die geringe Dichte, die höhere Temperaturresistenz und die geringeren Kosten zurückzuführen.
Aufbau/ Bestandteile
Kunststoffe sind im Allgemeinen Polymere. Ein Duroplast ist in den meisten Fällen ein Homopylomer und besteht somit aus gleichen Monomeren.
Doch warum sind die Duroplasten so hart und spröde?
Die Härte und Stabilität des Duroplasten sind auf die Bindungen zwischen den kleinsten Teilchen der Duroplasten, also zwischen den Monomeren zurückzuführen.
Die Monomere sind engmaschig und drei dimensional mit einander verknüpft (siehe Abb.1). Das führt dazu, dass jedes Monomer zwei bis drei Bindungen aufweisen muss, wozu jedes Monomer mehr als 2 funktionelle Gruppen benötigt. (MOLEKÜLZEICHNUNG) Diese Verknüpfung der Monomere erfolgt bei Duroplasten mit Hilfe der Polykondensation.
Herstellungsprozess
Kunststoffe werden künstlich hergestellt. Dabei werden viele kleine Moleküle (Monomere) durch die Verknüpfung zu großen Makromolekülen (Polymere). Die Verknüpfung kann durch drei Verfahren angewandt werden - durch die Polykondensation, die Polyaddition und die Polymerisation. Abhängig davon, welches Verfahren angewandt wurde und welche Monomere verwendet wurden, sind entweder Thermoplasten, Duroplasten oder Elastomere entstanden. Duroplaste werden durch Formpressen, Spritzgießen oder Schichtpressen in die passende Form gebracht und dann setzt die Härtung, also die Vernetzung, ein.
Duroplaste entstehen durch eine Reaktion von trifunktionellen Monomeren (drei oder mehr funktionielle Gruppen). Dies geschieht oft durch eine Polykondensation. Dabei kommt es zu einer Bildung eines großen Polymeres durch die Abspaltung eines kleinen Moleküls von zwei Monomeren. Die ganze Reaktion verläuft stufenweise über Zwischenprodukte (Oligomere) und diese Oligomere reagieren schließlich zu Makromolekülen. Eine weitere Möglichkeit ist die Herstellung durch eine Polyaddition, wo sich die Monomere addieren, sodass, im Vergleich zur Polykondensation, kein Rest übrig bleibt. Das letzte der drei Verfahren ist die radikalische Polymerisation. Darunter versteht man eine Kettenreaktion, bei der zuerst das aktive Zentrum gebildet wird, danach kommt es zu einer wiederholten Anlagerung der Monomere und schließlich kommt es durch das Zusammentreffen zweier Radikale zu einem Kettenabbruch, welcher auch durch eine Disproportionierung hervorgerufen werden kann.
Arten von Duroplasten
Polyester
Ein Polyester (Abkürzung PES) ist ein Polymer mit einer Esterbindung, die in der Hauptkette liegt.
Hierbei ist es meistens unterschiedlich, ob das Polyester null, eine oder zwei Carbonlygruppen besitzt. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Polyester eine Carbonlygruppen besitzt, liegt bei 50% und bei null oder zwei Carbonlygruppen liegt jeweils bei 25%. Somit ist der Erwartungswert bei 1. Diese Polyester sind synthetische Polymere und werden daher bei Textilien als Microfasern verwendet. Die Synthese der Polyester erfolgt durch eine Polykondensation oder durch ringöffnende Polymerisation.
Polyurethan
Ein Polyurethan (Abkürzung PUR) ist ein Polymere mit einer Urethan-Gruppe. Diese Urethan-Gruppen sind mit -NH-C-O- gekennzeichnet.
Allgemein sind Polyurethane Kunstharz oder Kunststoffe und entstehen aus Polyadditionsreaktionen von Dialkoholen. Anders als bei Polyester sind Polyurethane entweder spröde und hart oder weich und elastisch. Die Dichte von einem Polyurethan in kompakter Form beträgt rund 1000 bis 1250 kg/m3. Der weltweite Verbrauch war früher noch sehr gering, aber bis 2002 stiegt dieser auf rund 9 Millionen Tonnen Polyurethan an.
Recycling
Verlauf
--> Pyrolyse, energetische Verwertung
Da die Duroplasten bei hohen Temperaturen nicht schmelzen, wird das Verfahren der Pyrolyse angewendet.
