Kunststoffchemie für Ingenieure

Vorwort zur vierten Auflage

Prof. Dr. Phil. II Wolfgang Kaiser

Hinweise zur Benutzung des Buches

Inhalt

1 Einführung

1.1 Werkstoffklassen

1.2 Bedeutung der Kunststoffe

1.2.1 Wachstumsursachen

1.2.2 Kunststoffe und die Grundbedürfnisse des Menschen

1.3 Geschichte der Kunststoffe

1.3.1 Kurzer Abriss der Entwicklung der Polymerwissenschaften (ohne Copolymere und Blends)

1.4 Zukunft der Kunststoffe – Prognosen

1.4.1 Zukünftiger Pro Kopf-Verbrauch von KunststoffWerkstoffen

1.4.2 Erwartungen an Polymere

1.4.3 Zukünftige Rohstoffquellen

1.5 Wirtschaftsdaten und Grafiken zu Kunststoffen

1.5.1 Einteilung der Kunststoffe nach Bedarf und Anwendungsgebieten

1.5.2 Einteilung der Kunststoffe nach ihrem Eigenschaftsprofil

2 Grundlagen

2.1 Was sind Kunststoffe

2.1.1 Einteilung der Kunststoffe

2.1.2 Makromolekül-Architektur/Topologie

2.2 Bildungsreaktionen für Makromoleküle – Polyreaktionen

2.2.1 Kettenpolymerisation

2.2.2 Kondensationspolymerisation (Polykondensation)

2.2.3 Additionspolymerisation (Polyaddition)

2.2.4 Verfahrenstechnik der Kondensationspolymerisation und Additionspolymerisation

2.2.5 Einteilung nach dem Typ der Aufbaureaktionen

2.2.6 Chemische Umsetzungen an Makromolekülen

2.3 Bindungskräfte in makromolekularen Systemen

2.3.1 Hauptvalenzbindungen

2.3.2 Nebenvalenzbindungen

2.3.3 Ionenbindungen

2.3.4 Mechanische Bindungen

2.4 Strukturmerkmale von Kunststoffen

2.4.1 Chemische Struktur

2.4.2 Festkörperstruktur

2.4.3 Mittlere Molmasse M und Molmassenverteilung

2.5 Modifizierung von Polymeren und Kunststoffen

2.5.1 Chemisches Modifizieren von Polymeren

2.5.2 Physikalische Modifizierung von Polymeren und Kunststoffen

2.5.3 Modifizieren mit Zusatzstoffen (Additive)

2.6 Wichtige Eigenschaften der Kunststoffe

2.6.1 Fließverhalten (Rheologie) von Kunststoff-Schmelzen

2.6.2 Thermisch-mechanisches Verhalten

2.6.3 Chrono-mechanisches Verhalten

2.6.4 Verhalten gegen Umwelteinflüsse

2.7 Alterung und Alterungsschutz

2.7.1 Alterung und Alterungsvorgänge

2.7.2 Alterungsschutz

2.8 Chemische Reaktionen bei der Kunststoffverarbeitung

2.8.1 Chemische Reaktionen im Aufgabenbereich des Verarbeiters

2.8.2 Kunststofferzeugung beim Verarbeiter

2.9 Wichtige Aspekt bei der Schadenverhütung und Schadensanalyse im Kunststoffbereich

2.9.1 Thermoanalyse (TA) zur Schadenverhütung/ Schadensanalyse

2.9.2 Mikroskopische Gefügeanalyse an Bauteilen und Halbzeug

3 Technologie der Verarbeitung von Kunststoffen

3.1 Allgemeines

3.2 Begriffe und Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN 8850

3.3 Prinzip der wichtigsten Ver- und Bearbeitungsverfahren

3.4 Aufbereitung

3.4.1 Einteilung der Aufbereitungsverfahren

3.5 Urformen

3.5.1 Extrudieren (Strangpressen)

3.5.2 Blasformen

3.5.3 Spritzgießen

3.5.4 Pressen, Spritzpressen, Schichtpressen

3.5.5 Kalandrieren

3.5.6 Spinnverfahren

3.5.7 FVK-Urformen

3.5.8 Schäumen

3.5.9 Gießen

3.5.10 Tauchformen

3.5.11 Additive Fertigungsverfahren (Additive Manufacturing AM)

3.6 Umformen

3.6.1 Unterschiede im Warmformbereich zwischen amorphen und teilkristallinen Thermoplasten

3.6.2 Einteilung der Warmformverfahren für Thermoplaste

3.6.3 Verfahrenstechnik beim Warmformen

3.6.4 Thermoformmaschinen

3.6.5 Vorund Nachteile des Warmformens

3.7 Trennen (Spanen)

3.8 Fügen

3.8.1 Schweißen

3.8.2 Kleben

3.8.3 Mechanische Verbindungen

3.9 Beschichten

3.9.1 Einteilung der Beschichtungsverfahren

3.9.2 Streichverfahren

3.9.3 Pulverbeschichten

3.10 Veredeln

3.10.1 Lackieren von Kunststoffen

3.10.2 Bedrucken von Kunststoffen

3.10.3 Laserbeschriften

3.10.4 Heißprägen

3.10.5 Metallisieren

3.10.6 Beflocken

3.10.7 Plasmabeschichten

3.10.8 Tempern

3.10.9 Konditionieren

3.10.10 Bestrahlen

4 Polyolefine

4.1 Polyethylen (PE)

4.1.1 Das Wichtigste in Kürze

4.1.2 Handelsnamen (Beispiele)

4.1.3 Eigenschaften

4.1.4 Verarbeitung und Anwendung

4.1.5 Anwendungsbeispiele

4.1.6 Der Weg zum Polyethylen

4.1.7 Der molekulare Aufbau des Polyethylens

4.2 Chemische Modifikation von Polyethylen

4.2.1 Abwandlung durch Vernetzen

4.2.2 Abwandlung durch chemische Veränderungen

4.2.3 Weitere Ethylen-Copolymere

4.3 Polypropylen (PP)

4.3.1 Das Wichtigste in Kürze

4.3.2 Handelsnamen (Beispiele)

4.3.3 Eigenschaften

4.3.4. Verarbeitung und Anwendung

4.3.5 Anwendungsbeispiele

4.3.6 Der Weg zum Polypropylen

4.3.7 Der molekulare Aufbau von Polypropylen

4.4 Modifikation von Polypropylen

4.4.1 PP-Copolymere

4.4.2 Gefüllte und verstärkte Polypropylene

4.4.3 Chemische Modifikation am fertigen PP-Polymer

4.5 Polyisobutylen (PIB)

4.5.1 Handelsnamen (Beispiele)

4.5.2 Eigenschaften

4.5.3 Verarbeitung (Beispiele)

4.5.4 Anwendungsbeispiele

4.5.5 Der Weg zum Polyisobutylen

4.6 Polybuten-1 (PB)

4.6.1 Handelsnamen (Beispiele)

4.6.2 Eigenschaften, Verarbeitung und Anwendung

4.6.3 Der Weg zum Polybuten-1

4.7 Poly-4-methylpenten-1 (PMP)

4.7.1 Handelsnamen (Beispiel)

4.7.2 Eigenschaften

4.7.3 Verarbeitung (Beispiele)

4.7.4 Anwendungsbeispiele

4.7.5 Der Weg zum Poly-4-methylpenten-1

4.8 Geschichtliches

4.9 Tabellarischer Eigenschaftsvergleich

5 Chlor-Kunststoffe

5.1 Hart-Polyvinylchlorid (PVC-U) (Hart-PVC, weichmacherfreies PVC)

5.1.1 Das Wichtigste in Kürze über Hart-Polyvinylchlorid

5.1.2 Handelsnamen (Beispiele)

5.1.3 Eigenschaften

5.1.4 Verarbeitung (Beispiele)

5.1.5 Anwendungsbeispiele

5.1.6 Der Weg zum Polyvinylchlorid

5.2 Modifizierte Vinylchlorid-Polymerisate

5.2.1 Vinylchlorid-Copolymere

5.2.2 Besonders schlagfestes Polyvinylchlorid (PVC-HI)

5.2.3 Chloriertes Polyvinylchlorid (PVC-C)

5.3 Weich-Polyvinylchlorid (PVC-P) (Weich-PVC, weichmacherhaltiges PVC)

5.3.1 Das Wichtigste in Kürze über Weich-Polyvinylchlorid

5.3.2 Handelsnamen (Beispiele)

5.3.3 Eigenschaften

5.3.4 Verarbeitung (Beispiele)

5.3.5 Anwendungsbeispiele

5.3.6 Der Weg zum Weich-Polyvinylchlorid

5.4 Chloriertes Polyethylen (PE-C)

5.4.1 Eigenschaften, Verarbeitung und Anwendung

5.4.2 Der Weg zum chlorierten Polyethylen

5.5 Polyvinylidenchlorid (PVDC)

5.5.1 Das Wichtigste in Kürze

5.5.2 Handelsnamen (Beispiele)

5.5.3 Eigenschaften, Verarbeitung und Anwendung von Vinylidenchlorid-Copolymerisaten

5.5.4 Der Weg zu den Vinylidenchlorid-Copolymerisaten

5.6 Geschichtliches

5.7 Tabellarischer Eigenschaftsvergleich

6 Polystyrol-Kunststoffe

6.1 Das Wichtigste in Kürze über Polystyrol-Kunststoffe

6.2 Polystyrol (PS)

6.2.1 Handelsnamen (Beispiele)

6.2.2 Ataktisches Polystyrol

6.2.3 Stereoreguläre Polystyrole

6.3 Modifizierte Styrolpolymere (Abschnitt 6.4 bis 6.8)

6.4 Styrol-Acrylnitril-Copolymerisat (SAN)

6.4.1 Handelsnamen (Beispiele)

6.4.2 Eigenschaften und Verarbeitung

6.4.3 Anwendungsbeispiele

6.4.4 Der Weg zum Styrol-Acrylnitril

6.5 Schlagzäh modifiziertes Polystyrol (PS-I) (Styrol-Butadien SB)

6.5.1 Handelsnamen (Beispiele)

6.5.2 Eigenschaften

6.5.3 Verarbeitung (Beispiele)

6.5.4 Anwendungsbeispiele

6.5.5 Der Weg zum schlagzähen Polystyrol

6.6 Acrylnitril-Butadien-Styrol-Polymerisate (ABS)

6.6.1 Handelsnamen (Beispiele)

6.6.2 Eigenschaften

6.6.3 Verarbeitung (Beispiele)

6.6.4 Anwendungsbeispiele

6.6.5 Der Weg zum Acrylnitril-Butadien-Styrol

6.7 Schlagzähe Acrylnitril-Styrol-Formmassen (ASA, AES, ACS)

6.7.1 Handelsnamen (Beispiele)

6.7.2 Eigenschaften, Verarbeitung und Anwendung von Acrylnitril-Styrol-Acrylat (ASA)

6.7.3 Der Weg zum Acrylnitril-Styrol-Acrylat

6.8 Blends

6.8.1 PS-I + PPE Blends

6.8.2 ABS + PC bzw. ASA + PC Blends

6.8.3 ABS + PA Blends

6.9 Geschichtliches zu den Styrolpolymeren

6.10 Tabellarischer Eigenschaftsvergleich

7 Ester-Thermoplaste

7.1 Ester-Gruppe in der Hauptkette

7.1.1 Polyalkylenterephthalate („gesättigte“ Polyester) (PET, PBT) und Polyethylennaphthalat (PEN)

7.1.2 Polycarbonat (PC)

7.1.3 Polyestercarbonat (PEC)

7.2 Ester in der Seitenkette

7.2.1 Polymethylmethacrylat (PMMA)

7.3 Celluloseester (CA, CP, CAB)

7.3.1 Das Wichtigste in Kürze

7.3.2 Handelsnamen (Beispiele)

7.3.3 Eigenschaften

7.3.4 Verarbeitung (Beispiele)

7.3.5 Anwendungsbeispiele

7.3.6 Der Weg zu den Celluloseestern

7.3.7 Geschichtliches

7.4 Tabellarischer Eigenschaftsvergleich

8 Stickstoff-Thermoplaste

8.1 Polyamide (PA)

8.1.1 Teilkristalline aliphatische Polyamide

8.1.2 Modifizierte teilkristalline aliphatische Polyamide

8.1.3 Cycloaliphatische Polyamide

8.1.4 Teilaromatische Polyamide

8.1.5 Modifizierung von teilaromatischen Polyamiden

8.1.6 Geschichtliches

8.2 Polyacrylnitril PAN

8.2.1 Das Wichtigste in Kürze

8.2.2 Handelsnamen (Beispiel)

8.2.3 Eigenschaften von Polyacrylnitril-Barriere-Kunststoffen

8.2.4 Verarbeitung und Anwendung (Beispiele)

8.2.5 Der Weg zu Polyacrylnitril-Barriere-Kunststoffen

8.2.6 PAC-/ PAN-Fasertransformation zu Kohlenstofffasern (C-Fasern)

8.2.7 Geschichtliches

8.3 Tabellarischer Eigenschaftsvergleich

9 Acetal- und Ether-Thermoplaste

9.1 Polyoxymethylen (Polyacetal) (POM)

9.1.1 Das Wichtigste in Kürze

9.1.2 Handelsnamen (Beispiele)

9.1.3 Eigenschaften

9.1.4 Verarbeitung (Beispiele)

9.1.5 Anwendungsbeispiele

9.1.6 Der Weg zum Polyoxymethylen

9.1.7 Modifizierte Polyoxymethylen-Polymerisate

9.1.8 Geschichtliches

9.2 Polyphenylenether (PPE)

9.2.1 Das Wichtigste in Kürze

9.2.2 Handelsnamen (Beispiele)

9.2.3 Eigenschaften

9.2.4 Verarbeitung (Beispiele)

9.2.5 Anwendungsbeispiele

9.2.6 Der Weg zum Polyphenylenether

9.2.7 Weitere modifizierte Polyphenylenether

9.2.8 Geschichtliches

9.3 Tabellarischer Eigenschaftsvergleich

10 Fluor-Kunststoffe

10.1 Polytetrafluorethylen (PTFE)

10.1.1 Das Wichtigste in Kürze

10.1.2 Handelsnamen (Beispiele)

10.1.3 Eigenschaften

10.1.4 Verarbeitung (Beispiele)

10.1.5 Anwendungsbeispiele

10.1.6 Der Weg zum Polytetrafluorethylen

10.2 Thermoplastisch verarbeitbare Fluor-Kunststoffe

10.2.1 Das Wichtigste in Kürze

10.2.2 Fluorthermoplaste und Beispiele von Handelsnamen

10.2.3 Eigenschaften

10.2.4 Verarbeitung (Beispiele)

10.2.5 Anwendungen

10.2.6 Der Weg zu den thermoplastisch verarbeitbaren Fluor-Kunststoffen

10.3 Geschichtliches zu den Fluorpolymeren

10.4 Tabellarischer Eigenschaftsvergleich

11 Duroplaste

11.1 Allgemeines über Herstellung und Eigenschaften

11.2 Phenoplaste (Phenol-FormaldehydKondensationsharze) (PF)

11.2.1 Das Wichtigste in Kürze

11.2.2 Handelsnamen (Beispiele)

11.2.3 Eigenschaften von PF-Formstoffen

11.2.4 Verarbeitung (Beispiele)

11.2.5 Anwendungsbeispiele

11.2.6 Der Weg zu den Phenolharzen

11.2.7 Geschichtliches

11.3 Aminoplaste

11.3.1 Harnstoffharze (Harnstoff-FormaldehydKondensationsharze) (UF)

11.3.2 Melaminharze (Melamin-FormaldehydKondensationsharze) (MF)

11.3.3 Geschichtliches

11.4 Reaktionsharz-Duroplaste

11.4.1 Ungesättigte Polyesterharze (UP)

11.4.2 Vinylesterharze (VE)

11.4.3 Epoxidharze (EP)

11.5 Sonstige Harze

11.5.1 Siliconharze

11.5.2 Polydiallylphthalatharze (PDAP, PDAIP)

11.5.3 PUR-Gießharze

11.5.4 Cyanatester-Harze

12 Hochleistungspolymere

12.1 Polyaryletherketone (PAEK)

12.1.1 Das Wichtigste in Kürze

12.1.2 Handelsnamen (Beispiele)

12.1.3 Eigenschaften

12.1.4 Verarbeitung (Beispiele)

12.1.5 Anwendungsbeispiele

12.1.6 Der Weg zu den Polyaryletherketonen

12.1.7 Geschichtliches

12.2 Polyarylate (PAR)

12.2.1 Das Wichtigste in Kürze

12.2.2 Handelsnamen (Beispiele)

12.2.3 Eigenschaften

12.2.4 Verarbeitung (Beispiele)

12.2.5 Anwendungsbeispiele

12.2.6 Der Weg zu den Polyarylaten

12.2.7 Geschichtliches

12.3 Flüssigkristalline Polymere (LCP)

12.3.1 Das Wichtigste in Kürze

12.3.2 Handelsnamen (Beispiele)

12.3.3 Eigenschaften

12.3.4 Verarbeitung (Beispiele)

12.3.5 Anwendungsbeispiele

12.3.6 Der Weg zu den flüssigkristallinen Polymeren

12.3.7 Geschichtliches

12.4 Polyimide (PI)

12.4.1 Das Wichtigste in Kürze

12.4.2 Handelsnamen (Beispiele)

12.4.3 Eigenschaften

12.4.4 Verarbeitung (Beispiele)

12.4.5 Anwendungsbeispiele

12.4.6 Der Weg zu den Polyimiden

12.4.7 Geschichtliches

12.5 Polyarylsulfone (PSU, PES, PPSU)

12.5.1 Das Wichtigste in Kürze

12.5.2 Handelsnamen (Beispiele)

12.5.3 Eigenschaften

12.5.4 Verarbeitung (Beispiele)

12.5.5 Anwendungsbeispiele

12.5.6 Der Weg zu den Polyarylsulfonen

12.5.7 Geschichtliches

12.6 Polyphenylensulfid (PPS)

12.6.1 Das Wichtigste in Kürze

12.6.2 Handelsnamen (Beispiele)

12.6.3 Eigenschaften

12.6.4 Verarbeitung (Beispiele)

12.6.5 Anwendungsbeispiele

12.6.6 Der Weg zu Polyphenylensulfid

12.6.7 Geschichtliches

12.7 Tabellarischer Eigenschaftsvergleich

13 Elastomere

13.1 Permanent vernetzte Elastomere/Gummi

13.1.1 Das Wichtigste in Kürze über vernetzte Elastomere

13.1.2 Handelsnamen (Beispiele)

13.1.3 Eigenschaften

13.1.4 Verarbeitung (Beispiele)

13.1.5 Anwendungsbeispiele

13.1.6 Der Weg zu den permanent vernetzten Elastomeren

13.1.7 Geschichtliches

13.2 Reversibel vernetzte Elastomere/ Thermoplastische Elastomere TPE

13.2.1 Das Wichtigste in Kürze über TPE

13.2.2 Handelsnamen (Beispiele)

13.2.3 Allgemeine Eigenschaften

13.2.4 Einzeleigenschaften und Anwendungsbeispiele

13.2.5 Der Weg zu den thermoplastischen Elastomeren

13.2.6 Geschichtliches

14 Schaumstoffe

14.1 Allgemeines über Herstellung und Eigenschaften

14.1.1 Handelsnamen (Beispiele)

14.2 Polystyrol-Schaumstoffe (PS-E)

14.2.1 Das Wichtigste in Kürze

14.2.2 Polystyrol-Hartschaumstoff, Partikel-Schaumstoff

14.2.3 Polystyrol-Hartschaumstoff, Extruder-Schaumstoff

14.2.4 Polystyrol-Integralschaumstoff

14.3 Polyolefin-Schaumstoffe, PO-Schaumstoffe

14.3.1 Das Wichtigste in Kürze

14.3.2 Eigenschaften

14.3.3 Verarbeitung (Beispiele)

14.3.4 Anwendungsbeispiele

14.4 Polyurethan-Schaumstoffe, PUR-Schaumstoffe

14.4.1 Das Wichtigste in Kürze

14.4.2 PUR-Hartschaumstoffe, (PUR-H)

14.4.3 PUR-Weichschaumstoffe, (PUR-W)

14.4.4 PUR-Halbhart-(semiflexible) Schaumstoffe

14.4.5 PUR-Integral-Hartschaumstoffe, (PUR-I)

14.4.6 PUR-Integral-Halbhartund Weichschaumstoffe

14.4.7 Der Weg zu den Polyurethan-Schaumstoffen

14.4.8 Geschichtliches

14.5 Weitere Schaumstoffe

14.5.1 Polyvinylchlorid-Schaumstoffe

14.5.2 Phenol-Formaldehyd-Schaumstoffe

14.5.3 Harnstoff-Formaldehyd-Schaumstoffe

14.5.4 Polymethacrylimid-Schaumstoffe

14.5.5 Gummi-Schaumstoffe

14.6 Tabellarischer Eigenschaftsvergleich

15 Kunststoffe als Sonderwerkstoffe

15.1 Elektroaktive Kunststoffe

15.1.1 Oberflächenbehandlungen

15.1.2 Elektrisch leitfähige Compounds

15.1.3 Intrinsisch elektrisch leitfähige Polymere

15.1.4 Polymere als Elektrete

15.1.5 Ferroelektrische Polymere (Piezound Pyroelektrizität)

15.1.6 Triboelektrizität (Reibungselektrizität)

15.2 Funktionskunststoffe

15.2.1 Polymere als Datenspeicher

15.2.2 Polymere Leuchtdioden, Polymer-LEDs (PLEDs)

15.2.3 Polymere Photovoltaik (PPV)

15.2.4 Photoresists

15.2.5 Brennstoffzellen

15.2.6 Hybride Polymersysteme

15.3 Nanotechnologie und Kunststoffe

15.3.1 Anwendung von Nanoröhren (CNT) als Zusatzstoffe für Kunststoffe

15.3.2 Graphen

15.3.3 Nanotechnologie als Schrittmacher in die Zukunft

15.4 Kunststoffe in der Medizintechnik

15.4.1 Polymilchsäure, Polylactid (PLA)

15.5 Biopolymere

15.5.1 Das Wichtigste in Kürze

15.5.2 Biokunststoffe – Kunststoffe aus nachwachsenden (biogenen) Rohstoffen (NWR)

15.5.3 Biologisch abbaubare Kunststoffe (BAK)

15.5.4 Anwendungsbeispiele und Ausblick

16 Arbeitssicherheit, Gesundheits- und Umweltschutz beim Umgang mit Kunststoffen

16.1 Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz beim Umgang mit Kunststoffen

16.1.1 Gewerbetoxikologische Begriffe (Auswahl)

16.1.2 Herstellung von Polymeren und KunststoffFormmassen

16.1.3 Verarbeitung und Prüfung von Kunststoffen

16.1.4 Anwendung von Kunststoffen

16.2 Umweltschutz beim Umgang mit Kunststoffen

16.2.1 Nachhaltige Entwicklung

16.2.2 Abfallund Recyclinghierarchie

16.2.3 Grundsätzliche Aspekte beim Recycling von Kunststoffen

16.2.4 Recyclingkreisläufe von Kunststoffen

16.3 Abfallwirtschaft und Recycling aus Sicht der Kunststoffindustrie

16.3.1 Werkstoffliches Recycling

16.3.2 Rohstoffliches Recycling

16.3.3 Energetische Nutzung

16.3.4 Deponie

16.3.5 Littering alias Vermüllung

16.3.6 Codierung erleichtert Recycling

16.4 Abbaufähige, resorbierbare Kunststoffe

16.4.1 Biologisch abbaubare Polymere (BAP)

16.4.2 Photoabbaubare Polymere

16.4.3 Wasserlösliche Polymere

17 Literaturverzeichnis

Sachwortverzeichnis