Grundlagen zu Polymeren und Kunststoff

Kunststoffe bestehen aus sogenannten Polymeren. Kurz gesagt sind Polymere hochmolekulare chemische Verbindungen (Makromoleküle) aus wiederholten Einheiten, die »Monomere« genannt werden. Sie können lineare, verzweigte oder vernetzte Strukturen haben.

Polymere können nach vielen verschiedenen Kriterien klassifiziert werden – nachfolgend sind einige von ihnen aufgelistet:

Klassifikation nach physikochemischen Eigenschaften:

• Thermoplaste
  Materialien, die beim Erhitzen weich und nach Absenken der Temperatur wieder hart werden
• Duromere
  Materialien, die hart bleiben, nachdem sie in Form gebracht wurden, und nicht unter Temperatureinfluss weich werden
• Elastomere
  Materialien, die gestreckt und gestaucht werden können und fähig sind, ihre ursprüngliche Form zurückzubilden, wenn die Streck- bzw. Stauchkraft nicht mehr eingebracht wird

Klassifikation nach Herkunft:

• Synthetische Polymere
  Erzeugt durch chemische Synthese aus Manomeren (Polyaddition, Polymerisation, Polykondensation, Copolymerisation)
• Natürliche Polymere
  Produziert und abgebaut in der Natur z.B. Cellulose, Proteine, Nukleinsäuren
• Modifizierte natürliche Polymere
  Natürliche Polymere, die chemisch verändert wurden, um neue funktionelle Eigenschaften zu erhalten, z. B. Celluloseacetat, modifizierte Proteine, thermoplastische Stärke

Klassifikation nach der Herkunft der Rohstoffe, auf denen die Polymere basieren:

• Nachwachsende Quellen
  pflanzliche und tierische Quellen
• Nicht-nachwachsende/fossile Quellen
  Öl, Erdgas, Kohle
   

Klassifikation nach Anfälligkeit gegen enzymatische Angriffe durch Mikroorganismen  

• Biologisch abbaubar
  Polymilchsäure – PLA, Polyhydroxyalkanoate – PHA, regenerierte Cellulose, Stärke, lineare Polyester
• Nicht-biologisch abbaubar
  Polyethylen – PE, Polypropylen – PP, Polystyrol – PS
  

Selbstverständlich sind viele weitere Arten von Klassifizierung von Polymeren möglich, jedoch ist es wichtig zu wissen, dass in fast allen Anwendungen der Einsatz alleine der Polymere oft nicht ausreichend ist. Die meisten Kunststoffe enthalten zusätzlich andere organische oder anorganische Bestandteile. Diese werden Additive genannt und können zu neuen Eigenschaften bei den Werkstoffen führen.
 

Der Anteil von Additiven reicht von sehr geringen Prozentanteilen für Polymere, die z. B. eingesetzt werden, um Nahrungsmittel zu verpacken, bis zu mehr als 50 % für spezielle Anwendungen.

Einige Beispiele für Additive sind: Weichmacher; ölige Verbindungen, die die rheologischen Eigenschaften verbessern; Füllstoffe, die die mechanischen Eigenschaften verbessern und die Kosten senken; Stabilisatoren, die bestimmte chemische Reaktionen verhindern wie z. B. Flammschutzmittel, die die Entflammbarkeit reduzieren; Antistatika; Färbemittel; Gleitmittel und viele mehr.

Die Welt der Kunststoffe ist immens, bestimmt durch eine breite Palette verschiedener Polymere und Additive, die miteinander compoundiert vermischt werden können. Des weiteren gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, Kunststoffe zu verarbeiten. Die grundlegendsten Techniken der Kunststoffverarbeitung sind: Extrusion, Blasformen, Spritzgießen, Kompaktierung / Verdichtung, Stanzen, Plattenpressen, Walzen und Kalandern sowie Druckguss.