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Was sind Kunststoffe ?

Kunststoffe begegnen uns überall im Alltag, und sie sind auch nicht mehr aus dem Alltag wegzudenken.

Kurze Geschichte der Kunststoffchemie

Fritz HOFMANN und der Kunstkautschuk

Begonnen hat das alles vor über 100 Jahren, als man einen Ersatz für den Naturstoff Kautschuk suchte. Die Autoindustrie begann in den ersten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts zu expandieren, und für die Gummireifen brauchte man immer mehr Kautschuk. Der hauptsächlich in Südamerika gewonnene Naturkautschuk reichte für die vielen Autos nicht mehr aus. Der deutsche Chemiker Fritz HOFMANN (1866-1956) entwickelte dann den ersten Kunststoff in der Geschichte der Chemie: Methylkautschuk. Für diesen ersten Kunststoff erhielt die Firma Bayer 1909 ein Patent. Ein richtig guter Ersatz für Naturkautschuk war der Methylkautschuk allerdigs nicht. Erst zu Beginn der 30er Jahre wurde brauchbarer künstlicher Kautschuk nach dem berühmten Buna-Verfahren hergestellt.

Hermann STAUDINGER und die Makromoleküle

Ein anderer wichtiger Forscher der Kunststoffchemie war der deutsche Chemiker Hermann STAUDINGER (1881-1965), der 1953 den Nobelpreis für Chemie für seine grundlegenden Forschungen erhielt. STAUDINGER klärte die Struktur natürlicher Makromoleküle wie Stärke und Cellulose auf. 1922 präge STAUDINGER der Begriff "Makromolekül".

Makromoleküle = Moleküle, die aus vielen Tausend gleichen oder verschiedenen Bausteinen zusammengesetzt sind.

Außerdem entdeckte STAUDINGER die Stoffgruppe der Ketene, das sind quasi Mischungen als Alkenen und Ketonen mit der allgemeinen Formel R1R2C=C=O. Auf eine C=C-Doppelbindung folgt direkt eine C=O-Doppelbindung. Diese Stoffe sind sehr reaktiv.

Polymere

Ein ähnlicher Begriff wie Makromolekül ist der Begriff Polymer, der sich aus dem griechischen poly (= viele) und meros (= Teil) ableitet. Den Baustein eines Polymers bezeichnet man dann als Monomer.

Makromoleküle bzw. Polymere wie Stärke oder Cellulose bestehen aus vielen Tausend gleichen Monomeren, der alpha- bzw. beta-Glucose. Proteine dagegen sind Polymere, die aus 21 verschiedenen Monomeren zusammengesetzt sind, den Aminosäuren. Nucleinsäuren schließlich, eine weitere Klasse natürlicher Makromoleküle, die bekanntlich in jedem Zellkern eines Lebewesens die Erbinformation speichern, bestehen aus vier verschiedenen Monomeren, den vier Nucleotiden, die als A, T, G und C abgekürzt werden.

Damit wären wir auch schon bei der Definition des Begriffs "Kunststoff":

Ein Kunststoff ist ein künstlich hergestelltes Polymer, das es in der Natur nicht gibt. Die Monomere eines Kunststoffs sind in der Regel kleinere organische Verbindungen, die oft aus Erdöl gewonnen werden.

Kunststoffklassen

Kunststoffe werden üblicherweise in drei verschiedene Klassen eingeteilt, die Thermoplaste, die Duroplaste und die Elastomere.

Thermoplaste sind Kunststoffe, die sich in der Wärme verformen. Sie können leicht recycelt und in neue Formen gegossen werden. Duroplaste sind sehr harte Kunststoffe, die mit Werkzeugen bearbeitet werden können. Elastomere schließlich sind elastische Kunststoffe mit Eigenschaften wie Gummi, aber wesentlich beständiger.

Herstellungsverfahren

Künstliche Polymere - Kunststoffe - können auf drei verschiedene Weisen aus den Monomeren synthetisiert werden. Bei der Polymerisation werden ungesättigte Monomere - oft Derivate des Ethens oder Propens - einfach aneinander gehängt. Die Doppelbindungen "klappen auf", und schon sind die Monomere miteinander verbunden. Bei der Polykondensation werden Monomere mit OH-, NH2- oder COOH-Gruppen unter Abspaltung von Wasser aneinander gehängt. Bei der Polyaddition schließlich addieren elektrophile Monomere mit anderen Monomeren, die Doppelbindungen besitzen. Die so hergestellten Kunststoffe bestehen also stets aus zwei verschiedenen Monomeren, die sich regelmäßig abwechseln.