Was ist ein Polymer?

Der Begriff Polymer wird in der Kunststoff- und Verbundwerkstoffindustrie häufig als Synonym für verwendet Plastik oder Harz. Tatsächlich umfassen Polymere eine Reihe von Materialien mit einer Vielzahl von Eigenschaften. Sie sind in üblichen Haushaltswaren, in Kleidung und Spielzeug, in Baumaterialien und Isolierungen sowie in zahlreichen anderen Produkten enthalten.

Definition

Ein Polymer ist eine chemische Verbindung, bei der Moleküle in langen, sich wiederholenden Ketten miteinander verbunden sind. Polymere haben aufgrund ihrer Struktur einzigartige Eigenschaften, die für verschiedene Anwendungen maßgeschneidert werden können.

Polymere sind sowohl künstlich hergestellt als auch natürlich vorkommend. Gummi zum Beispiel ist ein natürliches Polymermaterial, das seit Tausenden von Jahren verwendet wird. Es hat ausgezeichnete elastische Eigenschaften, das Ergebnis einer molekularen Polymerkette, die von der Natur geschaffen wurde. Ein weiteres natürliches Polymer ist Schellack, ein Harz, das von Lac Bug in Indien und Thailand hergestellt wird und als Grundierung, Versiegelung und Lack verwendet wird.

Das häufigste natürliche Polymer auf der Erde ist Cellulose, eine organische Verbindung, die in den Zellwänden von Pflanzen vorkommt. Es wird zur Herstellung von Papierprodukten, Textilien und anderen Materialien wie Cellophan verwendet.

Künstlich hergestellte oder synthetische Polymere umfassen Materialien wie Polyethylen, den weltweit gebräuchlichsten Kunststoff für Einkaufstaschen und Aufbewahrungsbehälter, und Polystyrol, das Material für die Herstellung von Erdnuss- und Einwegbechern. Einige synthetische Polymere sind biegsam (Thermoplaste), andere dauerhaft starr (Duroplaste). Wieder andere haben gummiartige Eigenschaften (Elastomere) oder ähneln pflanzlichen oder tierischen Fasern (Kunstfasern). Diese Materialien finden sich in allen möglichen Produkten, vom Badeanzug bis zur Pfanne.

Eigenschaften

In Abhängigkeit von der gewünschten Verwendung können Polymere fein abgestimmt werden, um bestimmte vorteilhafte Eigenschaften zu nutzen. Diese beinhalten:

• Reflexionsvermögen: Einige Polymere werden zur Herstellung von reflektierenden Filmen verwendet, die in einer Vielzahl von Lichttechnologien verwendet werden.
• Schlagfestigkeit: Robuste Kunststoffe, die rauem Handling standhalten, eignen sich perfekt für Gepäck, Schutzhüllen, Stoßstangen und mehr.
• Sprödigkeit: Einige Formen von Polystyrol sind hart und spröde und können durch Hitze leicht verformt werden.
• Transluzenz: Durchsichtige Polymere, einschließlich Polymer Clay, werden häufig in Kunsthandwerk verwendet.
• Duktilität: Im Gegensatz zu spröden Polymeren können duktile Polymere verformt werden, ohne auseinanderzufallen. Metalle wie Gold, Aluminium und Stahl sind für ihre Duktilität bekannt. Duktile Polymere sind für viele Zwecke nützlich, obwohl sie nicht so stark sind wie andere Polymere.
• Elastizität: Natürliche und synthetische Kautschuke haben elastische Eigenschaften, die sie ideal für Autoreifen und ähnliche Produkte machen.

Polymerisation

Bei der Polymerisation werden synthetische Polymere hergestellt, indem kleine Monomermoleküle zu Ketten kombiniert werden, die durch kovalente Bindungen zusammengehalten werden. Die zwei Hauptformen der Polymerisation sind die Stufenwachstumspolymerisation und die Kettenwachstumspolymerisation. Der Hauptunterschied zwischen ihnen besteht darin, dass bei der Kettenwachstumspolymerisation der Kette jeweils ein Molekül Monomermoleküle zugesetzt werden. Bei der Stufenwachstumspolymerisation werden mehrere Monomermoleküle direkt miteinander verbunden.

Wenn Sie eine Polymerkette aus der Nähe betrachten könnten, würden Sie sehen, dass die visuelle Struktur und die physikalischen Eigenschaften der Molekülkette die physikalischen Eigenschaften des Polymers imitieren. Wenn beispielsweise eine Polymerkette eng verdrillte Bindungen zwischen Monomeren aufweist, die schwer zu brechen sind, ist das Polymer wahrscheinlich fest und zäh. Wenn andererseits die Polymerkette Moleküle mit dehnbaren Eigenschaften umfasst, wird das Polymer wahrscheinlich flexible Eigenschaften haben.

Vernetzte Polymere

Die meisten Polymere, die üblicherweise als Kunststoffe oder Thermoplaste bezeichnet werden, bestehen aus Molekülketten, die gebrochen und wieder gebunden werden können. Die meisten gängigen Kunststoffe lassen sich durch Wärmeeinwirkung in neue Formen bringen. Sie können auch recycelt werden. Zum Beispiel können Plastik-Soda-Flaschen eingeschmolzen und wiederverwendet werden, um Produkte herzustellen, die von neuen Soda-Flaschen über Teppiche bis zu Fleece-Jacken reichen.

Andererseits können vernetzte Polymere nicht wieder gebunden werden, nachdem die vernetzte Bindung zwischen Molekülen gebrochen ist. Aus diesem Grund weisen vernetzte Polymere häufig Merkmale wie höhere Festigkeit, Steifigkeit, thermische Eigenschaften und Härte auf.

In Verbundprodukten aus FRP (faserverstärktem Polymer) werden am häufigsten vernetzte Polymere verwendet, die als Harz oder duroplastisches Harz bezeichnet werden. Die in Verbundwerkstoffen am häufigsten verwendeten Polymere sind Polyester, Vinylester und Epoxy.

Beispiele

Übliche Polymere umfassen:

• Polypropylen (PP): Teppich, Polsterung
• Polyethylen niedriger Dichte (LDPE): Einkaufstüten
• Polyethylen hoher Dichte (HDPE): Waschmittelflaschen, Spielzeug
• Poly (vinylchlorid) (PVC): Rohrleitungen, Terrassendielen
• Polystyrol (PS): Spielzeug, Schaum
• Polytetrafluorethylen (PTFE, Teflon): Antihaft-Pfannen, elektrische Isolierung
• Poly (methylmethacrylat) (PMMA, Lucite, Plexiglas): Gesichtsschutz, Oberlichter
• Poly (vinylacetat) (PVAc): Farben, Klebstoffe
• Polychloropren (Neopren): Nassanzüge