Kunststoffe

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Einleitung

Kunststoffe, Material, das aus organischen, makromolekularen Polymeren besteht. Kunststoffe sind plastische Werkstoffe, die durch Pressen, Strangpressen (Extrudieren, Fließpressen), Gießen, Spritzgießen, Ziehen oder Tauchen in die gewünschte Form gebracht werden können. Unter Kunststoffen versteht man in erster Linie synthetische Verbindungen (z. B. Polyethylen und Nylon), daneben auch abgewandelte Naturprodukte wie Celluloid oder Kautschuk. Im allgemeinen Sprachgebrauch verwendet man den Begriff „Plastik” synonym zu Kunststoff. Siehe auch Plastik (Kunst)

Vorteile der Kunststoffe als Werkstoffe sind u. a. ihre geringe Dichte, ihre Haltbarkeit und ihre guten Eigenschaften als elektrische Isolatoren und Wärmeisolatoren. Bestimmte Kunststoffe werden nicht oder kaum von Säuren, Alkalien (Laugen) und Lösungsmitteln angegriffen. Die Eigenschaften der Kunststoffe hängen von der Verknüpfung ihrer Makromoleküle untereinander ab: Sie können beispielsweise linear, verzweigt oder zwei- bzw. dreidimensional vernetzt sein. Lineare und verzweigte Makromoleküle bilden u. a. Thermoplaste, die bei Erwärmung weich und verformbar werden, während z. B. die aus vernetzten Makromolekülen aufgebauten Elastomere und Duroplaste bei Erwärmung nicht erweichen und nicht schmelzen.

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Geschichte

Die Entwicklung der Kunststoffe begann in den USA um 1860, nachdem Phelan and Collander, ein amerikanischer Hersteller von Billardbällen, einen Preis von 10 000 US-Dollar für einen brauchbaren Ersatz für Elfenbein ausgesetzt hatte. Der amerikanische Erfinder John Wesley Hyatt entwickelte daraufhin ein Verfahren zur Bearbeitung von Collodiumwolle (auch Pyroxylin) unter Druck. Dabei handelt es sich um ein Cellulosenitrat, das mit Campher und Alkohol plastisch gemacht wurde. Hyatt gewann den Preis zwar nicht, doch seine Erfindung, auch bekannt unter dem Handelsnamen Celluloid wurde zur Herstellung von Produkten verwendet, die von Gaumenplatten bis zu Kragen von Herrenhemden reichten. Trotz seiner Entflammbarkeit und der mangelnden Lichtbeständigkeit erzielte Celluloid einen beachtlichen wirtschaftlichen Erfolg.

Unter den in den folgenden Jahrzehnten entwickelten Kunststoffen befanden sich die ersten vollsynthetischen Kunststoffe. Dazu zählt u. a. die Gruppe von Phenol-Formaldehyd-Harzen, welche der belgisch-amerikanische Chemiker Leo Hendrik Baekeland um 1906 entwickelte und die unter dem Handelsnamen Bakelit bekannt wurden. Außerdem gehören auch modifizierte natürliche Polymere wie beispielsweise Kunstseide dazu.

2.1

Durchbruch in der Kunststoffchemie

In den zwanziger Jahren formulierte der deutsche Chemiker Hermann Staudinger die Vermutung, dass die Moleküle der Kunststoffe aus zahlreichen kleinen Moleküleinheiten aufgebaut sind. Die Versuche, diese Theorie zu beweisen, führten zu einer explosionsartigen Entwicklung der wissenschaftlichen Forschung und diese ihrerseits zu bedeutenden Durchbrüchen in der Kunststoffchemie. Für seine entscheidenden Arbeiten im Bereich der Makromoleküle erhielt Staudinger 1953 den Nobelpreis für Chemie. In den zwanziger und dreißiger Jahren wurde eine Vielzahl neuer Produkte entwickelt, darunter Celluloseacetat (CA), das beispielsweise für Fotofilme und Fasern verwendet wird; Polyvinylchlorid (PVC) für Rohre, Beschichtungen und Isolierungen; Harnstoff-Formaldehydharze für Geschirr und elektrische Geräte; und Acrylharze wurden als Binder für Mehrschichtglas entwickelt.

Einer der bekanntesten Kunststoffe, der in dieser Zeit erfunden wurde, ist Polymethylmethacrylat, das unter der Bezeichnung „Plexiglas” auf den Markt kam. Plexiglas verwendete man für Brillengläser, Kameralinsen sowie für Straßenbeleuchtungen und Leuchtreklamen. Polystyrolharze, die um 1937 erstmals kommerziell hergestellt wurden, zeichnen sich durch hohe Widerstandsfähigkeit gegen chemische und mechanische Veränderungen bei tiefen Temperaturen und durch sehr geringe Aufnahme von Wasser aus. Aufgrund dieser Eigenschaften sind Polystyrole für Funkabschirmungen geeignet und für Geräte, die bei tiefen Temperaturen verwendet werden. Sie werden für Kühleinrichtungen und Flugzeugteile verwendet. Polytetrafluorethylen (PTFE), erstmals 1938 hergestellt, wurde ab 1943 unter der Bezeichnung Teflon^® vertrieben. Eine weitere Schlüsselentwicklung in den dreißiger Jahren war die Synthese von Nylon, dem ersten technischen Hochleistungskunststoff.

2.2

2. Weltkrieg

Im 2. Weltkrieg waren die Kriegspartner mit einem ernsten Mangel an natürlichen Rohstoffen konfrontiert. Die Kunststoffindustrie war gefordert, Ersatzstoffe bereitzustellen. So entwickelte z. B. Deutschland, das keinen Zugang zu natürlichem Latex mehr hatte, einen brauchbaren synthetischen Gummi (Kautschuk). Durch den Kriegseintritt Japans verloren beispielsweise die Vereinigten Staaten die Verbindung zu den Lieferanten von natürlichem Gummi, von Seide und vielen Metallen. Die Reaktion war eine beschleunigte Entwicklung und Produktion von Kunststoffen. Nylon ersetzte Textilfasern, Polyester wurden für die Herstellung von Panzerungen und anderem Kriegsgerät verwendet, und verschiedene Arten von synthetischem Gummi wurden in großen Mengen hergestellt.