In diesem Kurstext und dem kommenden Kurstext erklären wir dir als angehenden Techniker die Polykondensation und die Polyaddition detailliert. Außerdem erfährst du alles notwendige über Duroplasten.
„Die Polykondensation ist eine in Schritten verlaufende Vereinigung von vielen kleinen Molekülen zweier organischer Verbindungen zu Polymeren indem niedermolekulare Substanzen (Nebenprodukte) abgespalten werden.“
Polykondensation – Grundlegendes
Bei der Polykondensation erfolgt die Erzeugung eines Polymers stufenweise. So liegen uns beispielsweise zwei unterschiedliche Monomere vor, die an beiden Enden des Moleküls reaktive Gruppen aufweisen. Daher können diese Monomere miteinander reagieren.
Die Voraussetzung dafür, dass ein Monomer überhaupt reagiert, ist das Vorhandensein von mindestens zwei funktionellen Gruppen mit einer hohen Reaktionsfreudigkeit.
Zu diesen Gruppen zählen:
sowie
sowie
sowie
.
Die Besonderheit gegenüber der klassischen Polymerisation (ionisch, radikal und katalytisch) sowie der Polyaddition ist, dass hier auch Nebenprodukte entstehen und die Gewinnung von Zwischenprodukten möglich ist, die noch nicht den C-Zustand der Synthese erreicht haben.
Zu den abzuführenden Nebenprodukten zählen
- Wasser und Wasserstoff
sowie
- Schwefelwasserstoffe
sowie
- Alkohole
sowie
- Halogenwasserstoffe
sowie
- Ammoniak
Würde man diese nicht abführen, so käme aufgrund der Thermodynamik es zum Abbruch der Polykondensation. Als Ergebnis hätte man lediglich Polymere mit niedrigen Molekulargewichten.
Außerdem muss exakt auf das stöchiometrische Verhältnis der Eingangsstoffe geachtet werden und Verschmutzungen sind auf jeden Fall zu vermeiden.
Polykondensation – Zwischenprodukte und Produkte
Zu den gewinnbaren Zwischenprodukten zählen
- Resol ist ein Kondensat im A-Zustand
sowie
- Resitol ist ein Kondensat im B-Zustand
Wie diese Zustände erreicht werden, erfährst du weiter unten.
Beispiele für Produkte, die mit dieser Variante der Polymerisation erzeugt werden, sind:
- Nylon: Hier reagieren Diamine mit Dicarbonsäuren zu Polyamiden (Nylon).
sowie
- Polyethylenterephthalat (PET): Hier sind es Diole die mit Carbinsäuren zu Polyestern reagieren.
Diole sind Verbindungen von zwei unterschiedlichen Alkoholgruppen.
Polykondensation – Ablauf
Wie du bereits erfahren hast, besteht die Polykondensation aus drei getrennten Stufen. Nachfolgend sind diese aufgeführt:
- A-Zustand des Kondensats: Es entstehen lineare Polymere mit einem Kondensat. Das Kondensat ist ein Resol.
- B-Zustand des Kondensats: Es bilden sich an den linearen Polymerketten Seitenketten an den reaktionsfähigen Stellen aus. Dies geschieht infolge einer Wärme- und Druckzufuhr. Das Kondensat ist ein Resitol.
- C-Zustand des Kondensats: Benachbarte Polymere verbinden sich infolge von Wärme und Druck. Dabei härten diese aus. Deshalb bezeichnet man die Vernetzung auch als Aushärtung des Polymers. Das Kondensat ist ein Resit.
Die wesentlichen Erfolgsfaktoren bei der erfolgreichen Polykondensation sind Wärme und Druck. Ohne diese Einflüsse liefe die Kondensation nicht als Kettenreaktion ab, sondern bliebe beim Erreichen eines Gleichgewichts stehen. Die Energiezufuhr sichert also den Fortbestand der Reaktion.
Andererseits ermöglichen diese Stopps auf Stufe 1 und 2 die Entnahme der Zwischenprodukte Resitol und Resol.
Läuft die Kondensation hingegen bis zum Ende, so erhält man als Endprodukt Duroplasten.
Polykondensation – Reaktionsgleichung
Im nächsten Bild entdeckst du die Reaktionsgleichung in der das Spaltprodukt berücksichtigt ist.
Duroplasten – Eigenschaften
Duroplasten oder Duromere sind bei Raumtemperatur spröde und hart. Zudem sind sie
- maßstabil
sowie
- temperaturbeständig
sowie
- nicht plastisch verformbar
sowie
- nicht schmelzbar
sowie
- nicht schweißbar
sowie
- nicht löslich
sowie
- nur schwach quellbar.
Besonders vorteilhaft für den Einsatz in der Industrie ist die Tatsache, dass Duroplaste selbst bei hohen Temperaturen die Festigkeit behalten und eine hohe Wärmeformbeständigkeit vorliegt.
“Ein wesentlicher Nachteil von Duroplasten besteht darin, dass sie sich nicht Recyclen lassen.”
Duroplasten – Beispiele für Produkte
- Klebstoffe,
sowie
- Griffe von Töpfen und Pfannen
sowie
- Haarföne
sowie
- Fassungen von Glühbirnen
sowie
- Gehäuse von Kaffeemaschinen
sowie
- Kabelbahnen
sowie
- Karosserieteile
sowie
- Bremsbeläge
sowie
- Feuerwehrhelme
und
- Produkte bei denen eine Wärmeentwicklung auftritt.
Duroplasten – Fertigungsverfahren
In der Kunststoffindustrie werden Duroplasten zumeist mit den Verfahren
- Spritzguss
sowie
- Extrusion
sowie
- Pultrosion
sowie
- seltener Gießen
zu Endprodukten geformt.
Duroplasten – Aufbau
Wie ein Duroplast, als ein vernetztes Molekül aussehen kann, zeigt dir die nachfolgende Abbildung:
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