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Thermoplaste

Aufmacherbild zu Thermoplasten: Verschiedene Chemikalienbehälter aus einem Chemie-Schrank

Thermoplaste sind Kunststoffe, die sich in einem bestimmten Temperaturbereich verformen lassen. Der Begriff "Thermoplast" deutet das schon an: "thermos" heißt "warm", und "plássein" kann mit "bilden, formen" übersetzt werden. Wörtlich übersetzt sind Thermoplaste also Stoffe, die sich in der Wärme verformen lassen.

Beispiel Joghurtbecher

Was man unter "Temperaturbereich" versteht, soll am Beispiel eines Joghurtbechers erklärt werden. Bei Zimmertemperatur ist ein Joghurtbecher zwar etwas elastisch, man kann ihn leicht zusammendrücken, aber wenn man loslässt, nimmt er wieder seine ursprüngliche Form an. Erwärmt man den Becher nun etwas, so wird er elastischer, man kann ihn zum Beispiel etwas in die Länge ziehen. Lässt man los, nimmt er aber wieder seine alte Form an. Dieser Temperaturbereich wird als thermoelastischer Bereich bezeichnet.

Erhitzt man den Joghurtbecher nun noch mehr, so gelangt man in den sogenannten thermoplastischen Temperaturbereich. Bei diesen Temperaturen kann man den Joghurtbecher dauerhaft verformen, zum Beispiel in die Länge ziehen. Lässt man den Becher wieder los, behält er die neue Form bei, auch wenn er sich wieder abkühlt. Bei diesen Temperaturen kann man also Thermoplaste verformen.

Erhitzt man den Joghurtbecher noch stärker, wird er verflüssigt. Nun könnte man den Kunststoff in eine neue Form gießen und einen völlig neuen Gegenstand herstellen. Dies wird in der Technik bei der Herstellung von Kunststoffprodukten oder auch beim Recycling von alten Kunststoffen angewandt.

Eine noch stärkere Erhitzung führt nun nicht etwa in den gasförmigen Zustand, wie man sich vielleicht denkt, sondern der Kunststoff zersetzt sich unter Freisetzung von viel Wärmeenergie. Ein Thermoplast könnte also auch "thermisch verwertet" werden - eine andere Bezeichnung wäre "Müllverbrennung".

Ein Thermoplast hat vier verschiedene "Aggregatzustände":

  1. fest
  2. thermoelastisch
  3. thermoplastisch
  4. flüssig

Bekannte Thermoplaste

Bekannte Kunststoffe aus der Klasse der Thermoplaste sind Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC) und Polystyrol (PS). Weitere Thermoplaste sind Polytetrafluorethen (Teflon), Polyacrylnitril (PAN), Polyethylenterephthalat (PET) und Polymethacrylsäuremethylester (PMMA, Plexiglas).

Struktur von Thermoplasten

Thermoplaste sind aus langen und unverzweigten Ketten von Makromolekülen aufgebaut. Diese langen Ketten werden im festen Zustand durch van-der-Waals-Kräfte zusammengehalten, bei bestimmten Thermoplasten auch durch Wasserstoffbrücken-Bindungen. Erwärmt man einen Thermoplasten, werden diese lockeren intermolekularen Bindungen gelöst, und die langen Ketten können leicht aneinander vorbei gleiten.

Bei einem Thermoplasten können die langen Moleküle aneinander vorbei gleiten

Links im Bild sieht man den festen Thermoplasten mit den intermolekularen Bindungen, rechts ist der flüssige Bereich dargestellt. In der Mitte sieht man den thermoelastischen oder thermoplastischen Bereich; der Übergang zwischen diesen Bereichen ist sehr flexibel.

Amorphe und teilkristalline Thermoplaste

Oft wird noch zwischen amorphen und teilkristallinen Thermoplasten unterschieden. Bei den amorphen Thermoplasten liegen die Ketten im festen Zustand völlig ungeordnet, kreuz und quer ineinander verknäult vor. Bei den teilkristallinen Thermoplasten dagegen finden sich Bereiche, in der die langen Molekülketten fast parallel zueinander verlaufen.

amorphe und teilkristalline Thermoplaste

Links sieht man einen Ausschnitt aus einem amorphen Thermoplasten, rechts ist ein teilkristalliner Thermoplast dargestellt. Die kristallinen Bereiche sind im Bild rot markiert.

Allgemein kann man sagen: Je mehr kristalline Bereiche ein Thermoplast enthält, desto härter und spröder ist er.