Herstellung von Kunststoffen

Herstellung von KunststoffenKunststoffe entstehen allgemein in sogenannten "Polyreaktionen", das sind Reaktionen, bei denen einzelne Moleküle, genannt "Monomere" (von griech. monos = einzeln und meros = Teilchen), zu "Polymeren" (griech. polys = viel) reagieren.Diese Polyreaktionen werden üblicherweise in drei verschiedene Reaktionstypen unterschieden, nämlich in Polymerisationen: Diese verlaufen stufenlos und ohne Abspaltung von Nebenprodukten.Man unterscheidet verschiedene Arten der Polymerisation, je nach Reaktionsmechanismus: Radikalische PolymerisationIonische Polymerisation Ziegler-Natta-Polymerisation, bei der räumlich gleichmäßig aufgebaute Polymere entstehen. Polykondensationen: Diese verlaufen in Stufen und mit Abspaltung von Nebenprodukten.Polyadditionen: Diese verlaufen ebenfalls in Stufen, aber ohne Abspaltung von Nebenprodukten.

PolymerisationEs gibt verschiedene Möglichkeiten, eine Polymerisationsreaktion zur Herstellung von Kunststoffen in Gang zu setzen, es lassen sich daher verschiedene Arten der Polymerisation unterscheiden, je nachdem, wie die Reaktion eingeleitet wird und welche Art von Teilchen miteinander reagieren. Die häufigsten Polymerisationsarten, die auf eigenen Seiten besprochen werden, sind:Radikalische PolymerisationIonische Polymerisation:Anionische PolymerisationKationische Polymerisation Abgesehen davon gibt es auch noch die Ziegler-Natta-Polymerisation, die zur Synthese von Kunststoffen mit bestimmter Taktizität, d.h. von Kunststoffen mit bestimmtem räumlichem Aufbau dient, und die Ringöffnungspolymerisation, bei der ringförmige Moleküle miteinander zu Molekülketten reagieren. Polymerisationen lassen sich, abhängig von Art der Monomeren, außerdem einleiten durch Bestrahlung mit sichtbarem und/oder ultraviolettem Licht (Photopolymerisation) oder durch Erwärmen (thermische Polymerisation).Das Reaktionsprinzip ist bei all diesen Polymerisationsarten immer dasselbe: Bei der Polymerisation entstehen aus Monomeren, die Doppelbindungen enthalten, in einer Kettenreaktion, die ohne erkennbare Stufen abläuft, lange Polymerketten. Es finden dabei keinerlei Umlagerungen oder Abspaltung von Molekülbestandteilen statt.

PolykondensationPolykondensationen sind Reaktionen, bei denen Polykondensate entstehen. Sie verlaufen in Stufen und unter Abspaltung von Nebenprodukten (normalerweise Wasser, H2O).Bei der Reaktion der Monomere miteinander wird ein Nebenprodukt abgespalten. Doch was bedeutet es, wenn eine Reaktion in Stufen verläuft?Hierzu muss man den Vergleich sehen zu den Polymerisationsreaktionen, die stufenlos verlaufen: Hier werden bei der Wachstumsreaktion (Propagation) jeweils einzelne Monomere an die immer länger werdende Kette addiert, wenn zwei Ketten miteinander reagieren, bildet sich eine längere Kette, die allerdings nicht weiterreagieren kann (vgl. Kettenabbruch durch Rekombination). Bei der Polykondensation hingegen gibt es mehr Möglichkeiten für das Kettenwachstum, denn hier können einzelne Monomere an eine bestehende Kette angebaut werden, es können aber auch zwei beliebig lange bzw. kurze Ketten miteinander zu einer längeren reagieren, ohne dass die Wachstumsreaktion dabei beendet wird, denn die funktionellen Gruppen, die zur Reaktion notwendig sind, gibt es schließlich an beiden Enden.Doch durch welche Reaktionen werden Polykondensate gebildet? Hier gibt es im Wesentlichen die folgenden beiden Reaktionsmöglichkeiten: Esterbildung (Veresterung): Hierbei entstehen Polyester und Polycarbonate Carbonsäureamidbildung: Hierbei entstehen Polyamide

PolyadditionDie Polyaddition verläuft wie die Polykondensation in Stufen, d.h. die Monomere können an beiden Enden reagieren, und so entstehen zunächst kurze Molekülketten aus wenigen Monomeren (Oligomere), die miteinander oder auch mit längeren Ketten reagieren können. Der wesentliche Unterschied zur Polykondensation ist, dass hierbei keine Nebenprodukte abgespalten werden, sondern dass die Monomere miteinander reagieren, indem sich Atome und Elektronenpaare verschieben.