Kunststoffe

Was sind Kunststoffe?

Kunststoffe sind, wie der Name schon verrät, künstlich hergestellte Makromoleküle. Diese Makromoleküle bestehen aus einer Abfolge von kleinen organischen Molekülen, den Monomeren, die miteinander kovalent verknüpft sind. Die verknüpften Monomere nennt man auch Polymer. Es gibt Polymere, die aus nur einem Monomer bestehen (Homopolymer) und Polymere, die aus mindestens zwei verschiedenen Monomeren bestehen (Copolymere).

Herstellung

Doch wie werden nun die Monomere oder auch Grundbausteine so verknüpft, dass lange, gleichförmige Ketten entstehen? Hier gibt es verschiedene Strategien und Polymerisationsreaktionen, je nachdem, welches Monomer eingesetzt wird.

Radikalische Polymerisation: Dieser Reaktionstyp lässt sich in drei Schritte unterteilen. Er benötigt einen Kettenstart, bei dem ein Radikal gebildet wird. Dieses Radikal reagiert mit einer C=C Doppelbindung im Monomer und bildet so ein Primärradikal, an das in der Wachstumsreaktion immer mehr Monomere binden. Die Reaktion kommt zum Abbruch, wenn zwei Radikale miteinander reagieren. Dieser Reaktionstyp wird oft benutzt, um Monomere mit einer Vinylgruppe zu verknüpfen.

Polykondensation: Typischerweise reagieren bei der Kondensation ein Diol (ein Alkohol mit zwei OH-Gruppen) mit einer Carbonsäure. Dabei entsteht unter Abspaltung von Wasser ein Carbonsäureester. Wird die Reaktion beliebig oft wiederholt, so entsteht ein Polyester. Neben den Polyestern können so auch Polyamide synthetisiert werden.

Anionische (nucleophile) Polymerisation: Sind am Monomer, das eine C=C Doppelbindung enthält, elektronenziehende Substituenten vorhanden, so kann diese Doppelbindung leicht nucleophil angegriffen werden. Das so entstandene Anion kann dann wiederum mit weiteren Monomeren reagieren und so Polymere bilden.

Kationische (elektrophile) Polymerisation: Ähnlich der anionischen Polymerisation wird im ersten Schritt ein Ion gebildet. Hier wird jedoch ein Kation gebildet. Dieser Schritt wird durch elektronenschiebende Substituenten begünstigt.

Typische Kunststoffe und ihre Eigenschaften

Wir kommen tagtäglich mit Kunststoffen in Berührung, obwohl uns das oft nicht mehr auffällt. So sind zum Beispiel Tragetaschen aus dem Supermarkt aus Polyethylen. In Plastikflaschen oder Bekleidung wird oft ein Polyester verarbeitet. Rohre bestehen häufig aus Polyvinylchlorid, das besser unter seiner Abkürzung PVC bekannt ist.

All diesen Materialien gemein sind ihre Eigenschaften: Die Herstellung ist oft problemlos und billig. Kunststoffe sind leicht, einfach zu formen und beständig gegenüber Säuren, Basen und Wasser. Sie leiten keinen elektrischen Strom und ebenso keine Wärme, schmelzen aber bei hohen Temperaturen.

Es gibt auch Kunststoffe, die nicht schmelzen! So ist Polytetrafluorethylen oder auch Teflon hitzebeständig und wird als Beschichtung in Pfannen und Töpfen verwendet.

Recycling

Kunststoffe sind zwar billig in der Herstellung, werden aber aus einem endlichen Rohstoff gefertigt: dem Öl. Auch sind Kunststoffe nicht auf biologischem Wege abbaubar. Daher ist es sinnvoll, so viele Kunststoffe wie möglich wiederzuverwenden und zu recyclen.