Was sind die Eigenschaften von Kunststoffen?

Kunststoff ist ein Polymer, das wie synthetische Fasern im weichen Zustand in die gewünschte Form und Größe gebracht werden kann und im gehärteten Zustand zu haltbaren Gegenständen verarbeitet werden kann. Der Begriff „Kunststoff“ leitet sich vom griechischen Wort „plastikos“ ab, das „formen“ bedeutet, und wird für eine breite Palette halbsynthetischer oder synthetischer organischer Polymere verwendet. Die verschiedenen Arten von Kunststoffen haben unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften. Viele Gegenstände wie Stühle, Tische, Eimer, Spielzeug, Bälle usw. sind aus Kunststoff hergestellt.

Die meisten Kunststoffe enthalten organische Polymere. Ein großer Teil dieser Polymere besteht aus Ketten von Kohlenstoffatomen, entweder rein oder mit Sauerstoff, Stickstoff oder Schwefel. Die Ketten haben mehrere sich wiederholende Einheiten, die aus Monomeren bestehen. Jede Polymerkette hat mehrere tausend sich wiederholende Einheiten. Das Rückgrat ist der Hauptteil der Kette, der eine große Anzahl von sich wiederholenden Einheiten miteinander verbindet.

An dieser Hauptkette hängen“ verschiedene Molekülgruppen, um die Eigenschaften des Kunststoffs individuell zu gestalten. Diese Anhängsel „baumeln“ in der Regel an den Monomeren, bis diese zu einer Polymerkette verbunden werden. Es ist die Anordnung dieser Seitenketten, die die Eigenschaften des Polymers beeinflusst. Die molekulare Struktur der sich wiederholenden Einheiten kann fein abgestimmt werden, um die spezifischen Eigenschaften des Polymers zu beeinflussen.

Chemische Eigenschaften.

• Sie besitzen Plastizität, eine typische Eigenschaft dieser Materialien. Plastizität ist die Fähigkeit eines Materials, sich zu verformen, ohne zu brechen.
• Sie sind Polymere, organische Verbindungen mit einer makromolekularen Struktur, die durch Gruppierungen von Monomeren gebildet werden, die durch Polymerisationsverfahren gewonnen werden.
• Sie weisen eine geringe Dichte auf.
• Aufgrund ihrer Elastizität sind sie leicht zu formen und zu bearbeiten.
• Widerstandsfähig gegen Korrosion und andere chemische Formeln.
• Sie sind gute thermische und elektrische Isolatoren, obwohl sie keine hohen Temperaturen aushalten.
• Sie sind Schadstoffe, entweder wenn sie verbrannt werden oder weil sie schwer zu recyceln oder biologisch abbaubar sind.

Klassifizierung von Kunststoffen.

Kunststoffe werden im Allgemeinen nach der chemischen Struktur der Polymerbasis und der Seitenketten klassifiziert. Zu den Hauptkategorien dieser Klassifizierungen gehören Acrylate, Polyester, Silikone, Polyurethane und halogenierte Kunststoffe. Kunststoffe werden auch nach dem chemischen Verfahren klassifiziert, das bei ihrer Synthese angewandt wird, wie Vernetzung, Kondensation und Polyaddition.

Kunststoffe können auch nach ihren verschiedenen physikalischen Eigenschaften, wie Zugfestigkeit, Härte, Wärmebeständigkeit, Dichte und Glasübergangstemperatur, und nach ihren chemischen Eigenschaften, wie der organischen Chemie der Polymere und ihrer Beständigkeit und Reaktionen auf verschiedene andere Materialien und chemische Prozesse, wie ionisierende Strahlung, Oxidation und organische Lösungsmittel, klassifiziert werden.

Andere Klassifizierungen hängen von Eigenschaften ab, die für den Herstellungsprozess oder das Produktdesign relevant sind. Beispiele für diese Qualitäten und Klassen sind leitfähige Polymere, Thermoplaste und Duroplaste, technische Kunststoffe und biologisch abbaubare Kunststoffe sowie ähnliche Kunststoffe mit einzigartigen Strukturen, wie Elastomere.

Thermoplastische Kunststoffe

Thermoplaste sind Kunststoffe, deren Zusammensetzung sich beim Erhitzen chemisch nicht ändert, so dass sie mehrfach geformt werden können. Beispiele sind Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC) und Polystyrol (PS).

Duroplaste

Duroplastische Polymere sind Kunststoffe, die geschmolzen und einmal in jede beliebige Form gebracht werden können. Sie unterliegen einer irreversiblen chemischen Reaktion, wenn sie erhitzt werden, so dass sie sich bei erneuter Erwärmung zersetzen und nicht schmelzen.
Leitfähige Polymere

Intrinsisch leitfähige Polymere (ICP) sind elektrisch leitfähige organische Polymere. Beispiel: Polyacetylen.

Biologisch abbaubare Kunststoffe

Biologisch abbaubare Kunststoffe sind Kunststoffe, die sich unter Einwirkung von Sonnenlicht oder ultravioletter Strahlung, Bakterien, bestimmten Enzymen, Feuchtigkeit oder Wasser oder durch Windabrieb zersetzen oder abbauen. Unter bestimmten Umständen können auch Nagetiere, Schädlinge oder Insektenbefall für den biologischen Abbau oder den Abbau in der Umwelt verantwortlich sein. Beispiel: Kunststoffe auf Stärkebasis, Kunststoffe auf Zellulosebasis, Kunststoffe auf Sojabasis.

Biokunststoffe

Während die meisten Kunststoffe aus der Petrochemie stammen, sind Biokunststoffe Kunststoffe, die im Wesentlichen aus erneuerbaren pflanzlichen Materialien wie Zellulose und Stärke hergestellt werden. Aufgrund der Endlichkeit der petrochemischen Ressourcen und der Gefahr der globalen Erwärmung sind Biokunststoffe ein wachsender Bereich.

Recycling von Kunststoffen

Das Recycling von Kunststoffen ist ein wichtiges Verfahren. Wenn sie nicht zum richtigen Zeitpunkt recycelt werden, vermischen sich Kunststoffe mit anderen Chemikalien oder Materialien, was ihre Wiederverwertung erschwert und eine Quelle der Verunreinigung darstellt.

Sie sind nicht biologisch abbaubar und können daher nicht durch mikrobielle Aktivität abgebaut werden. Um dies zu vermeiden, ist es wichtig, Biopolymere oder biologisch abbaubare Polymere zu verwenden.

Nachstehend eine Klassifizierung der gebräuchlichsten Kunststoffe:

1) Polyethylenterephthalat (PET oder PETE):

PET ist einer der am häufigsten hergestellten Kunststoffe der Welt. Es gilt als sicher für Lebensmittel und Getränke und verhindert in hohem Maße, dass Sauerstoff in die Verpackung gelangt und Lebensmittel verdirbt. Es ist ein hochgradig recycelbarer, preiswerter und starker Kunststoff mit einem sehr guten Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Es wird zur Herstellung von Lebensmittelverpackungen, Plastikflaschen und Polyesterfasern, wie sie in Kleidung vorkommen, verwendet. Es wird auch in einer Vielzahl industrieller Anwendungen eingesetzt, wie z. B. bei der Herstellung von Glasfasern und Kohlenstoffnanoröhren.

2. Polyethylen (PE):

Es ist der am weitesten verbreitete Kunststoff auf der Erde und kann in verschiedenen Dichten hergestellt werden. Jede Dichte verleiht dem fertigen Kunststoff einzigartige physikalische Eigenschaften. Daher findet sich Polyethylen in einer breiten Palette von Produkten.

Polyethylen niedriger Dichte (LDPE)

LDPE hat eine hohe Dehnbarkeit, aber eine geringe Zugfestigkeit, wodurch es flexibler ist als andere Kunststoffe. Es wird unter anderem für die Herstellung von Plastiktüten, transparenten Lebensmittelverpackungen, Einwegverpackungen und Kabelisolierungen verwendet.

Mitteldichtes Polyethylen (MDPE)

Polyethylen mittlerer Dichte hat mehr Polymerketten und daher eine höhere Dichte und wird häufig für Gasrohre, Schrumpffolien, Tragetaschen und Schraubverschlüsse verwendet.

Hochdichtes Polyethylen (HDPE)

HDPE gilt als umweltfreundlich, und für die Herstellung dieses Kunststoffs wird nur ein Bruchteil der Energie benötigt, die für die Herstellung von Stahl aus Eisenerz erforderlich wäre. Es ist widerstandsfähig gegen Zersetzung, Umweltbelastungen und recht steif, so dass es zur Herstellung einer Vielzahl von Produkten wie Materialbehältern, Eimern, Schildern, Zahnrädern, Wasser- und Abwasserrohren verwendet wird.

3. Polypropylen (PP)

Polypropylen ist ein sehr harter, hitzebeständiger, halbtransparenter Kunststoff, der auch nach vielen Drehungen, Biegungen oder Faltungen seine Form behält. Seine weite Verbreitung und Beliebtheit ist unbestritten, denn es ist eines der flexibelsten thermoplastischen Polymere der Welt. Langlebig, flexibel, hitzebeständig, säurebeständig und kostengünstig, werden Polypropylenplatten zur Herstellung von Laborgeräten, Autoteilen, Scharnieren, medizinischen Geräten, Lebensmittelverpackungen und vielem mehr verwendet.

4. Polycarbonat (PC)

Polycarbonat ist ein ausgezeichneter technischer Kunststoff, der so klar wie Glas und zweihundertfünfzigmal stärker ist. Klare Polycarbonatplatten sind leicht zu bearbeiten und zu formen, und obwohl sie extrem stark und stoßfest sind, bietet Polycarbonat-Kunststoff eine inhärente Designflexibilität. Polycarbonat wird in einer Vielzahl von Produkten verwendet, z. B. in Gewächshäusern, DVDs, Sonnenbrillen, Material zur Bekämpfung von Ausschreitungen usw.

5. Polyvinylchlorid (PVC)

PVC ist ein Polymer mit starren oder flexiblen Eigenschaften und ist bekannt für seine Fähigkeit, sich mit anderen Materialien zu vermischen. So sind beispielsweise geschäumte PVC-Folien aus Polyvinylchlorid ein ideales Material für Produkte wie Kioske, Ladenauslagen und Ausstellungsstücke. Die harte Form von PVC wird häufig für Baumaterialien, Türen, Fenster, Bodenbeläge, Verkleidungen usw. verwendet. Durch den Zusatz von Weichmachern wie Phthalaten wird die weichere, flexiblere Form von PVC in Sanitärprodukten, Elektrokabelisolierungen, Kleidung, medizinischen Schläuchen und anderen ähnlichen Produkten verwendet.

6. Polystyrol (PS)

Hierbei handelt es sich um einen transparenten Thermoplast, der sowohl in festem Kunststoff als auch in Hartschaumstoff vorkommt. Polystyrol wird u. a. in Verpackungen, medizinischen Geräten wie Reagenzgläsern oder Petrischalen, Styropor-Erdnüssen, Teilen von Haushaltsgeräten, Autos und Computern verwendet. In der Industrie wird es insbesondere für die Herstellung von Kettenrädern für Rollenketten, Stangenrahmen oder Riemenscheiben verwendet.

Nach ihrem Verhalten in Gegenwart von Wärme.

Als organische Materialien haben Polymere und Kunststoffe mit wenigen Ausnahmen eine viel geringere Wärmebeständigkeit als Metalle, insbesondere in Gegenwart von Sauerstoff. Eine Ausnahme unter den gängigen Polymeren ist Tetrafluorethylen, das eine sehr hohe thermische Stabilität aufweist, da es nur C-C- und C-F-Bindungen besitzt, die beide sehr stabil sind. Bei Erwärmung auf unterschiedliche Temperaturen verwandeln sich thermoplastische Materialien langsam von mehr oder weniger starren Feststoffen in sehr viskose Flüssigkeiten. Obwohl duroplastische Werkstoffe bei Wärme nicht erweichen, kann übermäßiges oder langes Erhitzen zu Überhärtung, Schrumpfung, Verkohlung oder Zersetzung führen. Kunststoffe haben einen wesentlich höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten (4 bis 20 x 10-5/°C; 2 bis 11 x 10-5/°F) als unedle Metalle (1,0 bis 2,5 x 10-5/°C; 0,6 bis 1,4 x 10-5/°F). Polymere und abgeleitete Kunststoffe sind im Allgemeinen gute elektrische Isolatoren, einige, wie Polytetrafluorethylen, sind sogar ausgezeichnet.

Feuerbeständigkeit

Kunststoffe weisen ein sehr unterschiedliches Brandverhalten auf: Einige sind brennbar, andere selbstverlöschend, wieder andere brennen langsam bis schnell. Die Entflammbarkeit hängt vom Polymer und anderen Bestandteilen wie Füllstoffen, Verstärkungsmaterialien, Weichmachern oder flammhemmenden Additiven ab.

Halogenhaltige Polymere wie PVC oder chloriertes PVC sind von Natur aus schwer entflammbar; bei Erhitzung setzen sie Halogengase frei, die die radikalische Oxidationskettenreaktion unterbrechen. Der Zusatz der meisten Weichmacher zu PVC macht es jedoch brennbar. Die flammhemmenden Eigenschaften von Kunststoffen lassen sich durch die Zugabe geeigneter Additive (CBD 154) oder durch die Verwendung von Polymeren mit eingebauter Flammhemmung verbessern.

Die Verbrennungsprodukte der meisten Kunststoffe ähneln denen von Holz, Papier und Textilien, da ihre chemischen Bestandteile im Wesentlichen ähnlich sind. Die Verbrennungsprodukte hängen jedoch nicht nur von der chemischen Natur des Materials ab, sondern auch von den Bedingungen, unter denen es verbrennt. So sind die Hauptverbrennungsprodukte der meisten Kunststoffe, Hölzer und Textilien bei ausreichender Luftzufuhr Kohlendioxid (harmlos) und Wasser, doch bei Sauerstoffmangel entstehen große Mengen giftigen Kohlenmonoxids und Rauch. Außerdem erzeugen schwer entflammbare Kunststoffe schnell dichten Rauch, der durch Lüften nicht leicht zu entfernen ist; und wenn die Kunststoffe Chlor, Fluor, Stickstoff und Schwefel (oder deren Derivate) in Kombination enthalten, sind diese Elemente oder ihre Derivate auch im Rauch enthalten

Zusammensetzung von Kunststoffen.

Kunststoffe bestehen hauptsächlich aus Kohlenstoff-Atomen. Eine Ausnahme bilden die Silikone, die auf dem Siliziumatom basieren. Das Kohlenstoffatom kann über bis zu vier chemische Bindungen mit anderen Atomen verbunden sein. In Kunststoffen gehen die Kohlenstoffatome auch Bindungen mit Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Chlor oder Schwefel ein. Wenn die Bindung dieser Atome zu langen Ketten führt, wie die Perlen einer Perlenkette, nennt man das Polymer einen „Thermoplast“. Thermoplaste sind schmelzbar. Alle Thermoplaste haben sich wiederholende Einheiten, d. h. den kleinsten identischen Abschnitt der Kette. Die große Mehrheit der Kunststoffe besteht zu 92 % aus Thermoplasten.

Eine Gruppe von Atomen, „Monomere“ genannt, wird verwendet, um die Einheitszellen zu bilden, aus deren Kombination die Polymere oder Kunststoffe entstehen. Alle Monomere enthalten Doppelbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen, so dass diese anschließend zu Polymeren reagieren können.

Das plastische Verhalten der Polymere wird durch die großräumige Anordnung ihrer Moleküle beeinflusst. Mit anderen Worten: Polymere sind amorph oder kristallin. Im amorphen Zustand ist die Anordnung der Moleküle zufällig und verschlungen. Im kristallinen Zustand ist die Anordnung der Moleküle genau identifizierbar. Teilkristalline Werkstoffe hingegen haben kristalline Bereiche, so genannte Kristallite, innerhalb einer amorphen Matrix.

Die chemische Struktur von Kunststoffen kann sich durch die Verwendung von Copolymeren und die chemische Bindung verschiedener Elemente und Verbindungen verändern, und andererseits können sich durch die Kristallisierbarkeit die Verarbeitungs-, ästhetischen und Leistungseigenschaften von Kunststoffen ändern. Eine Veränderung von Kunststoffen kann auch durch die Zugabe von Additiven erfolgen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die große Vielfalt der verfügbaren Produkttypen und Zusatzstoffe das Verständnis der Fähigkeiten und Grenzen eines Materials zu einer Schlüsselfrage für Lieferanten, Hersteller und Produktentwickler auf allen Ebenen der industriellen Kette macht. Mechanische, thermische, optische, rheologische Verhaltens- und Klimatests ermöglichen ein besseres Verständnis des Materials, des Produkts und seiner Leistung.

Bei SINTAC arbeiten wir mit einer breiten Palette von Produkten. Wenn Sie Interesse haben, zögern Sie bitte nicht, uns zu kontaktieren oder den Produktbereich aufzurufen.