Kunststoffchemie für Ingenieure - Von der Synthese bis zur Anwendung

Wolfgang Kaiser

Kunststoffchemie für Ingenieure

Von der Synthese bis zur Anwendung

2021

662 Seiten

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ISBN: 9783446466029

 

Vorwort zur fünften Auflage

7

Vorwort zur ersten Auflage

9

Prof. Dr. phil. II Wolfgang Kaiser

11

Hinweise zur Benutzung des Buches

13

Inhalt

19

1 Einführung

41

1.1 Werkstoffklassen

41

1.1.1 Werkstoffauswahl bei Kunststoffen

42

1.1.2 Internationale Vereinbarungen/Normen – die geheimen Helfer

43

1.1.3 Werkstoffdatenbanken

44

1.2 Bedeutung der Kunststoffe

44

1.2.1 Wachstumsursachen

44

1.2.1.1 Die Petrochemie als Rohstofflieferant

45

1.2.1.2 Leichtgewicht Kunststoff

46

1.2.1.3 Energiegünstiges Verhalten

46

1.2.1.4 Komplexe Formteilgeometrien und hoher Automatisierungsgrad

47

1.2.1.5 Nutzung von Synergien

47

1.2.1.6 Hohe Wertschöpfung des Erdöls

48

1.2.2 Kunststoffe und die Grundbedürfnisse des Menschen

48

1.2.2.1 Nahrung

48

1.2.2.2 Bekleidung

49

1.2.2.3 Wohnung

49

1.2.2.4 Gesundheit

49

1.2.2.5 Soziale Bedürfnisse

50

1.3 Geschichte der Kunststoffe

51

1.3.1 Kurzer Abriss der Entwicklung der Polymer- wissenschaften (ohne Copolymere und Blends)

54

1.4 Zukunft der Kunststoffe - Prognosen

65

1.4.1 Zukünftiger Pro-Kopf-Verbrauch von Kunststoff- Werkstoffen

66

1.4.2 Erwartungen an Polymere

67

1.4.3 Zukünftige Rohstoffquellen

69

1.5 Wirtschaftsdaten und Grafiken zu Kunststoffen

71

1.5.1 Einteilung der Kunststoffproduktion nach Typ und Bedarf in Einsatzgebieten

71

1.5.2 Europe (EU 28) Entwicklung der Beschäftigtenzahl

73

1.5.3 Einteilung der Kunststoffe nach ihrem Eigenschaftsprofil

73

2 Grundlagen

77

2.1 Was sind Kunststoffe

78

2.1.1 Einteilung der Kunststoffe

81

2.1.2 Makromolekül-Architektur/Topologie

82

2.2 Bildungsreaktionen für Makromoleküle -- Polyreaktionen

85

2.2.1 Kettenpolymerisation

86

2.2.1.1 Radikalische Kettenpolymerisation

87

2.2.1.2 Kationische Kettenpolymerisation

91

2.2.1.3 Anionische Kettenpolymerisation

92

2.2.1.4 Koordinative Kettenpolymerisation/Polyinsertion

94

2.2.1.5 Homo- und Copolymerisate

95

2.2.1.6 Chemische Vernetzung durch Kettencopolymerisation

97

2.2.1.7 Verfahrenstechnik der Kettenpolymerisation

97

2.2.1.8 Plasmapolymerisation

102

2.2.2 Kondensationspolymerisation (Polykondensation)

102

2.2.3 Additionspolymerisation (Polyaddition)

107

2.2.4 Verfahrenstechnik der Kondensationspolymerisation und Additionspolymerisation

108

2.2.5 Einteilung nach dem Typ der Aufbaureaktionen

109

2.2.6 Chemische Umsetzungen an Makromolekülen

110

2.2.6.1 Vergrößerung des Polymerisationsgrads

110

2.2.6.2 Beibehaltung des Polymerisationsgrads

110

2.2.6.3 Verringerung des Polymerisationsgrads

111

2.2.6.4 Chemische Umsetzungen an makromolekularen Naturstoffen

111

2.3 Bindungskräfte in makromolekularen Systemen

112

2.3.1 Hauptvalenzbindungen

112

2.3.2 Nebenvalenzbindungen

115

2.3.3 Ionenbindungen

119

2.3.4 Mechanische Bindungen

119

2.4 Strukturmerkmale von Kunststoffen

120

2.4.1 Chemische Struktur

121

2.4.1.1 Konstitution

121

2.4.1.2 Konfiguration

127

2.4.2 Festkörperstruktur

129

2.4.2.1 Räumliche Anordnung eines Makromoleküls

129

2.4.2.2 Räumliche Anordnung mehrerer Makromoleküle zu einem Verband

130

2.4.2.3 Kristallinität

133

2.4.3 Mittlere Molmasse M und Molmassenverteilung

135

2.4.3.1 Kettenlänge

135

2.4.3.2 Molmasse M bei niedermolekularen Verbindungen

136

2.4.3.3 Mittlere MolmasseM und Molmassenverteilung bei hochmolekularen Verbindungen

136

2.4.3.4 Mittlerer Polymerisationsgrad

138

2.4.3.5 Beeinflussung von Eigenschaften durch die mittlere Molmasse

139

2.5 Modifizierung von Polymeren und Kunststoffen

140

2.5.1 Chemisches Modifizieren von Polymeren

140

2.5.1.1 Steuerung von Synthesereaktionen

140

2.5.1.2 Copolymerisation

141

2.5.1.3 Andere chemische Modifikationen

141

2.5.2 Physikalische Modifizierung von Polymeren und Kunststoffen

141

2.5.2.1 Polymergemische und Polymerblends

141

2.5.2.2 Erhöhung der Ordnung in Polymeren

142

2.5.3 Modifizieren mit Zusatzstoffen (Additive)

144

2.5.3.1 Füllstoffe

145

2.5.3.2 Verstärkungsstoffe

146

2.5.3.3 Weichmacher

147

2.5.3.4 Treibmittel

147

2.5.3.5 Farbmittel

147

2.5.3.6 Stabilisatoren

148

2.5.3.7 Flammhemmende Zusätze

149

2.5.3.8 Weitere Additivgruppen

149

2.6 Wichtige Eigenschaften der Kunststoffe

151

2.6.1 Fließverhalten (Rheologie) von Kunststoff-Schmelzen

151

2.6.1.1 Viskositätsfunktionen von Thermoplastschmelzen

153

2.6.1.2 Zeitverhalten von thermisch instabilen Thermoplast- Schmelzen und reagierenden Formmassen

155

2.6.2 Thermisch-mechanisches Verhalten

157

2.6.2.1 Thermoplaste

157

2.6.2.2 Elastomere und Duroplaste

160

2.6.3 Chrono-mechanisches Verhalten

162

2.6.4 Verhalten gegen Umwelteinflüsse

165

2.6.4.1 Chemische Beständigkeit

165

2.7 Alterung und Alterungsschutz

168

2.7.1 Alterung und Alterungsvorgänge

168

2.7.1.1 Chemische Alterungsvorgänge

168

2.7.1.2 Physikalische Alterungsvorgänge

171

2.7.2 Alterungsschutz

171

2.8 Wichtige Aspekte bei der Schadenverhütung und Schadensanalyse im Kunststoffbereich

175

2.8.1 Thermoanalyse (TA) zur Schadenverhütung/ Schadensanalyse

176

2.8.1.1 Differential-Kalorimetrie (Differenial-Scanning-Calorimetry), DSC

177

2.8.2 Mikroskopische Gefügeanalyse an Bauteilen und Halbzeug

179

3 Technologie der Ver- und Bearbeitung von Kunststoffen

183

3.1 Allgemeines

183

3.2 Begriffe und Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN 8850

183

3.2.1 Prinzip der wichtigsten Ver- und Bearbeitungsverfahren

186

3.3 Pathologische Technologie

186

3.3.1 Pathologie eines Werkstoffs, Beispiel Kunststoff

186

3.3.2 Chemische Reaktionen bei der Ver- und Bearbeitung von Kunststoffen

187

3.3.2.1 Chemische Reaktionen im Aufgabenbereich des Verarbeiters

188

3.3.2.2 Kunststofferzeugung beim Verarbeiter

189

3.4 Aufbereitung/Compoundierung

190

3.4.1 Maschinenhersteller (Beispiele®)

192

3.4.2 Einteilung der Aufbereitungs-Walzwerkverfahren

192

3.4.2.1 Einteilung der Aufbereitungs-Walzwerkverfahren

192

3.4.2.2 Dosieren und Mischen

192

3.4.2.3 Granulieren

195

3.4.2.4 Zerkleinern

195

3.4.2.5 Vortrocknen

196

3.4.3 Pathologischer Befund bei den Aufbereitungsverfahren

196

3.5 Urformen

199

3.5.1 Extrudieren (Strangpressen)

200

3.5.1.1 Aufbau eines Extruders

201

3.5.1.2 Hersteller von Extrusionsanlagen (Beispiele®)

205

3.5.1.3 Beispiele typischer Extrusionsanlagen

205

3.5.2 Blasformen

208

3.5.2.1 Extrusionsblasformen

209

3.5.2.2 Extrusions-Streckblasformen

211

3.5.2.3 Spritzblasformen

212

3.5.2.4 Spritz-Streckblasformen

212

3.5.3 Spritzgießen

213

3.5.3.1 Hersteller von Spritzgießmaschinen (Beispiele®)

213

3.5.3.2 Verfahrenstechnik beim Spritzgießen

213

3.5.3.3 Spritzgießmaschine

215

3.5.3.4 Einflussgrößen auf die Formteilqualität beim Spritzgießen

216

3.5.3.5 Sonderverfahren der Spritzgießtechnik

218

3.5.3.6 Spritzgießen von vernetzenden Polymeren

222

3.5.4 Pressen, Spritzpressen, Schichtpressen

223

3.5.4.1 Formpressen von Duroplasten

223

3.5.4.2 Pressen von Thermoplasten

225

3.5.4.3 Spritzpressen von Duroplasten

225

3.5.4.4 Schichtpressen von Duroplasten

225

3.5.5 Kalandrieren

226

3.5.5.1 Hersteller von Kalanderanlagen (Beispiele®)

226

3.5.5.2 Bauarten des Kalanders

226

3.5.5.3 Verfahrenstechnik beim Kalandrieren

227

3.5.6 Spinnverfahren

228

3.5.6.1 Grundlagen des Spinnprozesses

229

3.5.6.2 Herstellung von Chemiefasern

229

3.5.6.3 Textile Definitionen

235

3.5.6.4 Textile Flächengebilde

236

3.5.7 Faserverbundkunststoff (FVK)-Urformen

237

3.5.7.1 Prepregverarbeitung

237

3.5.7.2 Faserspritzen

238

3.5.7.3 Faserwickeln

238

3.5.7.4 Pultrusion

239

3.5.7.5 RTM-Verfahren

239

3.5.7.6 Handlaminieren

240

3.5.8 Schäumen

241

3.5.8.1 Herstellung eines Schaumstoffes

243

3.5.8.2 Einteilung der Schäumverfahren

244

3.5.8.3 Polystyrol-Schaumstoffe

244

3.5.8.4 Polyurethan-Schaumstoffe

246

3.5.9 Gießen

252

3.5.9.1 Vakuumgießen

253

3.5.9.2 Rotationsformen (Rotationsgießen)

255

3.5.9.3 Schleuderverfahren (Schleudergießen)

255

3.5.9.4 Filmgießen (Foliengießen)

255

3.5.9.5 Einbetten, Imprägnieren, Tränken

256

3.5.10 Tauchformen

256

3.5.11 Additive Fertigungsverfahren/3D-Druckverfahren (Additive Manufacturing AM)

256

3.5.11.1 Polymerisation als Basis für AM

257

3.5.11.2 Kunststoffe als Basis für AM

259

3.5.12 Pathologischer Befund beim Urformen

260

3.6 Umformen

263

3.6.1 Hersteller von Thermoformmaschinen (Beispiele®)

263

3.6.2 Unterschiede im Warmformbereich zwischen amorphen und teilkristallinen Thermoplasten

264

3.6.3 Einteilung der Warmformverfahren für Thermoplaste

264

3.6.3.1 Biegeumformen

264

3.6.3.2 Zugumformen

265

3.6.3.3 Zugdruckumformen

265

3.6.3.4 Kombinierte Verfahren

265

3.6.4 Verfahrenstechnik beim Warmformen

266

3.6.5 Thermoformmaschinen

268

3.6.6 Pathologischer Befund beim Umformen

269

3.6.7 Vor- und Nachteile des Warmformens

271

3.7 Trennen (Spanen)

271

3.8 Fügen

273

3.8.1 Schweißen

273

3.8.1.1 Hersteller von Schweißmaschinen für Thermoplaste

273

3.8.1.2 Grundlagen

274

3.8.1.3 Schweißverfahren (Auswahl)

276

3.8.1.4 Pathologischer Befund beim Schweißen

278

3.8.2 Kleben

279

3.8.2.1 Grundlagen

279

3.8.2.2 Abbindemechanismus der Klebung

281

3.8.2.3 Verfahrenstechnik

282

3.8.2.4 Arbeitssicherheit und Schutzmaßnahmen beim Umgang mit Klebstoffen

282

3.8.3 Mechanische Verbindungen

282

3.9 Beschichten

283

3.9.1 Einteilung der Beschichtungsverfahren

283

3.9.2 Streichverfahren

283

3.9.3 Pulverbeschichten

285

3.10 Veredeln

285

3.10.1 Lackieren von Kunststoffen

286

3.10.2 Bedrucken von Kunststoffen

286

3.10.3 Laserbeschriften

288

3.10.4 Heißprägen

288

3.10.5 Metallisieren

288

3.10.6 Beflocken

290

3.10.7 Plasmabeschichten

290

3.10.8 Tempern

291

3.10.9 Konditionieren

292

3.10.10‚Bestrahlen

292

4 Polyolefine

295

4.1 Polyethylen (PE)

295

4.1.1 Das Wichtigste in Kürze

295

4.1.2 Handelsnamen (Beispiele®)

295

4.1.3 Eigenschaften

296

4.1.4 Verarbeitung und Anwendung

297

4.1.5 Anwendungsbeispiele

298

4.1.6 Der Weg zum Polyethylen

299

4.1.6.1 Hochdruckverfahren

299

4.1.6.2 Niederdruckverfahren

300

4.1.7 Der molekulare Aufbau des Polyethylens

303

4.1.7.1 Polyethylene mit multimodaler Molmassenverteilung

304

4.1.7.2 Ethylen-Copolymere mit ?-Olefinen

305

4.1.7.3 Metallocen-katalysierte Ethylencopolymere (PE-MC)

306

4.2 Chemische Modifikation von Polyethylen

307

4.2.1 Abwandlung durch Vernetzen

307

4.2.2 Abwandlung durch chemische Veränderungen

308

4.2.3 Weitere Ethylen-Copolymere

309

4.2.3.1 Unpolare Ethylen-Copolymere

309

4.2.3.2 Polare Ethylen-Copolymere

310

4.3 Polypropylen (PP)

315

4.3.1 Das Wichtigste in Kürze

315

4.3.2 Handelsnamen (Beispiele®)

315

4.3.3 Eigenschaften

316

4.3.4. Verarbeitung und Anwendung

317

4.3.5 Anwendungsbeispiele

317

4.3.6 Der Weg zum Polypropylen

318

4.3.7 Der molekulare Aufbau von Polypropylen

319

4.3.7.1 Isotaktisches Polypropylen (iPP)

320

4.3.7.2 Syndiotaktisches Polypropylen (sPP)

320

4.3.7.3 Ataktisches Polypropylen (aPP)

321

4.4 Modifikation von Polypropylen

321

4.4.1 PP-Copolymere

321

4.4.2 Gefüllte und verstärkte Polypropylene

322

4.4.3 Chemische Modifikation am fertigen PP-Polymer

323

4.5 Polyisobutylen (PIB)

323

4.5.1 Handelsnamen (Beispiele®)

323

4.5.2 Eigenschaften

323

4.5.3 Verarbeitung (Beispiele)

324

4.5.4 Anwendungsbeispiele

324

4.5.5 Der Weg zum Polyisobutylen

324

4.6 Polybuten-1 (PB-1)

325

4.6.1 Handelsnamen (Beispiele®)

325

4.6.2 Eigenschaften, Verarbeitung und Anwendung

325

4.6.3 Der Weg zum Polybuten-1

326

4.7 Poly-4-methylpenten-1 (PMP)

326

4.7.1 Handelsnamen (Beispiel®)

326

4.7.2 Eigenschaften

326

4.7.3 Verarbeitung (Beispiele)

327

4.7.4 Anwendungsbeispiele

327

4.7.5 Der Weg zum Poly-4-methylpenten-1

327

4.8 Geschichtliches

328

4.9 Tabellarischer Eigenschaftsvergleich

329

5 Halogenierte Kunststoffe I

333

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

333

5.1.1 Das Wichtigste in Kürze über Hart-PVC-U

333

5.1.2 Handelsnamen (Beispiele®)

334

5.1.3 Eigenschaften

334

5.1.4 Verarbeitung (Beispiele)

335

5.1.5 Anwendungsbeispiele

336

5.1.6 Der Weg zum Polyvinylchlorid

336

5.2 Modifizierte Vinylchlorid-Polymerisate

340

5.2.1 Vinylchlorid-Copolymere

341

5.2.1.1 Einteilung

341

5.2.1.2 Eigenschaften, Verarbeitung und Anwendung

342

5.2.1.3 Der Weg zu den Vinylchlorid-Copolymeren

342

5.2.2 Besonders schlagfestes Polyvinylchlorid (PVC-HI)

343

5.2.2.1 Eigenschaften, Verarbeitung und Anwendung

343

5.2.2.2 Der Weg zum besonders schlagfesten Polyvinylchlorid

343

5.2.3 Chloriertes Polyvinylchlorid (PVC-C)

344

5.2.3.1 Eigenschaften, Verarbeitung und Anwendung

344

5.2.3.2 Der Weg zum chlorierten Polyvinylchlorid

345

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

345

5.3.1 Das wichtigste in Kürze über Weich-Polyvinylchlorid

345

5.3.2 Handelsnamen (Beispiele®)

346

5.3.3 Eigenschaften

346

5.3.4 Verarbeitung (Beispiele)

347

5.3.5 Anwendungsbeispiele

347

5.3.6 Der Weg zum Weich-Polyvinylchlorid

348

5.3.6.1 Weichmacher

348

5.3.6.2 Einarbeitung von Weichmachern

350

5.4 Chloriertes Polyethylen (PE-C)

352

5.4.1 Handelsnamen (Beispiele®)

352

5.4.2 Eigenschaften, Verarbeitung und Anwendung

352

5.4.3 Der Weg zum chlorierten Polyethylen

352

5.5 Polyvinylidenchlorid (PVDC)

354

5.5.1 Das Wichtigste in Kürze

354

5.5.2 Handelsnamen (Beispiele®)

354

5.5.3 Eigenschaften, Verarbeitung und Anwendung von Vinylidenchlorid-Copolymerisaten

354

5.5.4 Der Weg zu den Vinylidenchlorid-Copolymerisaten

355

5.6 Geschichtliches

355

5.7 Tabellarischer Eigenschaftsvergleich

356

6 Polystyrol-Kunststoffe

359

6.1 Das Wichtigste in Kürze über Polystyrol-Kunststoffe

359

6.2 Polystyrol (PS)

360

6.2.1 Handelsnamen (Beispiele®)

360

6.2.2 Ataktisches Polystyrol

360

6.2.2.1 Eigenschaften

360

6.2.2.2 Verarbeitung (Beispiele)

361

6.2.2.3 Anwendungsbeispiele

361

6.2.2.4 Der Weg zum Polystyrol

361

6.2.3 Stereoreguläre Polystyrole

363

6.3 Modifizierte Styrolpolymere (Abschnitt 6.4 bis 6.8)

364

6.4 Styrol-Acrylnitril-Copolymerisat (SAN)

365

6.4.1 Handelsnamen (Beispiele®)

365

6.4.2 Eigenschaften und Verarbeitung

365

6.4.3 Anwendungsbeispiele

366

6.4.4 Der Weg zum Styrol-Acrylnitril

366

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

367

6.5.1 Handelsnamen (Beispiele®)

367

6.5.2 Eigenschaften

367

6.5.3 Verarbeitung (Beispiele)

368

6.5.4 Anwendungsbeispiele

368

6.5.5 Der Weg zum schlagzähen Polystyrol

368

6.6 Acrylnitril-Butadien-Styrol-Polymerisate (ABS)

371

6.6.1 Handelsnamen (Beispiele®)

372

6.6.2 Eigenschaften

372

6.6.3 Verarbeitung (Beispiele)

372

6.6.4 Anwendungsbeispiele

372

6.6.5 Der Weg zum Acrylnitril-Butadien-Styrol

373

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

375

6.7.1 Handelsnamen (Beispiele®)

375

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

375

6.7.3 Der Weg zum Acrylnitril-Styrol-Acrylat

376

6.8 Blends

377

6.8.1 PS-I + PPE Blends

377

6.8.2 ABS + PC bzw. ASA + PC Blends

377

6.8.3 ABS + PA Blends

378

6.8.4 PS + PE Blends

378

6.9 Geschichtliches zu den Styrolpolymeren

378

6.10 Tabellarischer Eigenschaftsvergleich

380

7 Ester-Thermoplaste

385

7.1 Ester-Gruppe in der Hauptkette

386

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

386

7.1.1.1 Das Wichtigste in Kürze über Polyalkylenterephthalate

386

7.1.1.2 Der Weg zu den Polyalkylenterephthalaten

386

7.1.1.3 Polyethylenterephthalat (PET)

388

7.1.1.4 Polybutylenterephthalat (PBT)

390

7.1.1.5 Polytrimethylenterephthalat (PTT)

391

7.1.1.6 Modifizierte Polyalkylenterephthalate

391

7.1.1.7 Polyethylennaphthalat (PEN)

392

7.1.1.8 Geschichtliches

393

7.1.2 Polycarbonat (PC)

394

7.1.2.1 Das Wichtigste in Kürze über Polycarbonat

394

7.1.2.2 Handelsnamen (Beispiele®)

394

7.1.2.3 Eigenschaften

394

7.1.2.4 Verarbeitung (Beispiele)

395

7.1.2.5 Anwendungsbeispiele

395

7.1.2.6 Der Weg zum Polycarbonat

395

7.1.2.7 Modifizierte Polycarbonate

397

7.1.2.8 Geschichtliches

400

7.1.3 Polyestercarbonat (PEC)

400

7.1.3.1 Das Wichtigste in Kürze

400

7.1.3.2 Handelsnamen (Beispiele®)

400

7.1.3.3 Eigenschaften

400

7.1.3.4 Verarbeitung (Beispiele)

401

7.1.3.5 Anwendungsbeispiele

401

7.1.3.6 Der Weg zu Polyestercarbonat

401

7.1.3.7 Geschichtliches

402

7.2 Ester in der Seitenkette

402

7.2.1 Polymethylmethacrylat (PMMA)

402

7.2.1.1 Das Wichtigste in Kürze

402

7.2.1.2 Handelsnamen (Beispiele®)

402

7.2.1.3 Eigenschaften

402

7.2.1.4 Verarbeitung (Beispiele)

403

7.2.1.5 Anwendungsbeispiele

403

7.2.1.6 Der Weg zum Polymethylmethacrylat

403

7.2.1.7 Modifizierte Methylmethacrylate und Derivate

404

7.2.1.8 Geschichtliches

406

7.3 Celluloseester (CA, CB, CP, CAB, CAP)

407

7.3.1 Das Wichtigste in Kürze

407

7.3.2 Handelsnamen (Beispiele®)

407

7.3.3 Eigenschaften

407

7.3.4 Verarbeitung (Beispiele)

408

7.3.5 Anwendungsbeispiele

408

7.3.6 Der Weg zu den Celluloseestern

408

7.3.6.1 Der Ausgangsstoff Cellulose

408

7.3.6.2 Chemische Umsetzungen an Cellulose

409

7.3.7 Geschichtliches

410

7.4 Tabellarischer Eigenschaftsvergleich

411

8 Stickstoff-Thermoplaste

419

8.1 Polyamide (PA)

419

8.1.1 Teilkristalline aliphatische Polyamide

419

8.1.1.1 Das Wichtigste in Kürze

419

8.1.1.2 Handelsnamen (Beispiele®)

421

8.1.1.3 Eigenschaften

422

8.1.1.4 Verarbeitung (Beispiele)

423

8.1.1.5 Anwendungsbeispiele

424

8.1.1.6 Der Weg zu den teilkristallinen aliphatischen Polyamiden

424

8.1.1.7 Wasserstoffbrücken (H-Brücken)

428

8.1.2 Modifizierte teilkristalline aliphatische Polyamide

429

8.1.2.1 Chemische Modifizierung

429

8.1.2.2 Physikalische Modifizierung

429

8.1.2.3 Anwendungsbeispiele

430

8.1.3 Cycloaliphatische Polyamide

430

8.1.3.1 Das Wichtigste in Kürze

430

8.1.3.2 Handelsnamen (Beispiele®)

431

8.1.3.3 Eigenschaften

431

8.1.3.4 Verarbeitung (Beispiele)

431

8.1.3.5 Anwendungsbeispiele

431

8.1.3.6 Der Weg zu den cycloaliphatischen Polyamiden

432

8.1.4 Teilaromatische Polyamide

432

8.1.4.1 Das Wichtigste in Kürze

432

8.1.4.2 Handelsnamen (Beispiele®)

434

8.1.4.3 Eigenschaftsprofil im Vergleich zu Standard-Polyamiden

434

8.1.4.4 Verarbeitung (Beispiele)

434

8.1.4.5 Anwendungsbeispiele

434

8.1.4.6 Der Weg zu den teilaromatischen Polyamiden

435

8.1.5 Modifizierung von teilaromatischen Polyamiden

436

8.1.6 Geschichtliches

436

8.2 Polyacrylnitril PAN

438

8.2.1 Das Wichtigste in Kürze

438

8.2.2 Handelsnamen (Beispiel®)

438

8.2.3 Eigenschaften von Polyacrylnitril-Barriere- Kunststoffen

438

8.2.4 Verarbeitung und Anwendung (Beispiele)

439

8.2.5 Der Weg zu Polyacrylnitril-Barriere-Kunststoffen

439

8.2.6 PAN-Fasertransformation zu Kohlenstofffasern (C-Fasern)

440

8.2.7 Geschichtliches

440

8.3 Tabellarischer Eigenschaftsvergleich

441

9 Acetal- und Ether-Thermoplaste

449

9.1 Polyoxymethylen (Polyacetal) (POM)

450

9.1.1 Das Wichtigste in Kürze

450

9.1.2 Handelsnamen (Beispiele®)

450

9.1.3 Eigenschaften

450

9.1.4 Verarbeitung (Beispiele)

451

9.1.5 Anwendungsbeispiele

451

9.1.6 Der Weg zum Polyoxymethylen

452

9.1.6.1 POM-Homopolymerisat (POM-H)

452

9.1.6.2 POM-Copolymerisate (POM-C)

453

9.1.6.3 Eigenschaftsunterschiede zwischen POM-Homo- und Copolymerisaten

454

9.1.7 Modifizierte Polyoxymethylen-Polymerisate

454

9.1.8 Geschichtliches

455

9.2 Polyphenylenether (PPE)

456

9.2.1 Das Wichtigste in Kürze

456

9.2.2 Handelsnamen (Beispiele®)

456

9.2.3 Eigenschaften

456

9.2.4 Verarbeitung (Beispiele)

457

9.2.5 Anwendungsbeispiele

457

9.2.6 Der Weg zum Polyphenylenether

457

9.2.7 Weitere modifizierte Polyphenylenether

458

9.2.8 Geschichtliches

459

9.3 Tabellarischer Eigenschaftsvergleich

459

10 Halogenierte Kunststoffe II

463

10.1 Polytetrafluorethylen (PTFE)

463

10.1.1 Das Wichtigste in Kürze

463

10.1.2 Handelsnamen (Beispiele®)

463

10.1.3 Eigenschaften

463

10.1.4 Verarbeitung (Beispiele)

464

10.1.5 Anwendungsbeispiele

465

10.1.6 Der Weg zum Polytetrafluorethylen

466

10.2 Thermoplastisch verarbeitbare Fluor-Kunststoffe

468

10.2.1 Das Wichtigste in Kürze

469

10.2.2 Fluorthermoplaste und Beispiele® von Handelsnamen

469

10.2.3 Eigenschaften

470

10.2.4 Verarbeitung (Beispiele)

470

10.2.5 Anwendungen

470

10.2.5.1 Spezielle Anwendungsbeispiele

470

10.2.6 Der Weg zu den thermoplastisch verarbeitbaren Fluor-Kunststoffen

471

10.2.6.1 Perfluorethylenpropylen FEP, auch Tetrafluorethylen- Hexafluorpropylen-Copolymer

472

10.2.6.2 Perfluoroalkoxy-Copolymer (PFA)

472

10.2.6.3 Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer (ETFE)

472

10.2.6.4 Polyvinylidenfluorid (PVDF)

473

10.2.6.5 Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Vinylidenfluorid- Terpolymer TFEHFPVDF (THV)

473

10.2.6.6 Polyvinylfluorid (PVF)

473

10.2.6.7 Polychlortrifluorethylen (PCTFE)

474

10.2.6.8 Ethylen-Chlortrifluorethylen-Copolymer (ECTFE)

474

10.3 Geschichtliches zu den Fluorpolymeren

474

10.4 Tabellarischer Eigenschaftsvergleich

475

11 Duroplaste

479

11.1 Allgemeines über Herstellung und Eigenschaften

479

11.2 Phenoplaste (Phenol-Formaldehyd- Kondensationsharze) (PF)

481

11.2.1 Das Wichtigste in Kürze

481

11.2.2 Handelsnamen (Beispiele®)

482

11.2.3 Eigenschaften von PF-Formstoffen

482

11.2.4 Verarbeitung (Beispiele)

484

11.2.5 Anwendungsbeispiele

484

11.2.5.1 Harzformstoffe, Harzformteile

484

11.2.5.2 Schichtpressstoffe

484

11.2.5.3 PF-Harze

484

11.2.6 Der Weg zu den Phenolharzen

485

11.2.7 Geschichtliches

489

11.3 Aminoplaste

489

11.3.1 Harnstoffharze (Harnstoff-Formaldehyd- Kondensationsharze) (UF)

489

11.3.1.1 Das Wichtigste in Kürze

489

11.3.1.2 Handelsnamen (Beispiele®)

489

11.3.1.3 Eigenschaften

490

11.3.1.4 Verarbeitung, Anwendung (Beispiele)

490

11.3.1.5 Der Weg zum Harnstoffharz

490

11.3.2 Melaminharze (Melamin-Formaldehyd- Kondensationsharze) (MF)

492

11.3.2.1 Das Wichtigste in Kürze

492

11.3.2.2 Handelsnamen (Beispiele®)

492

11.3.2.3 Eigenschaften

492

11.3.2.4 Verarbeitung, Anwendung (Beispiele)

493

11.3.2.5 Eigenschaften und Anwendung von modifizierten Melaminharzen (Beispiele)

493

11.3.2.6 Der Weg zum Melaminharz

494

11.3.3 Geschichtliches

495

11.4 Reaktionsharz-Duroplaste

496

11.4.1 Ungesättigte Polyesterharze (UP)

496

11.4.1.1 Das Wichtigste in Kürze

496

11.4.1.2 Handelsnamen (Beispiele®)

496

11.4.1.3 Eigenschaften

496

11.4.1.4 Verarbeitung (Beispiele)

498

11.4.1.5 Anwendungsbeispiele

499

11.4.1.6 Der Weg zu den ungesättigten Polyesterharzen

499

11.4.1.7 Geschichtliches

503

11.4.2 Vinylesterharze (VE)

503

11.4.2.1 Eigenschaften

503

11.4.2.2 Verarbeitung, Anwendung (Beispiele)

503

11.4.2.3 Der Weg zu den Vinylesterharzen

504

11.4.2.4 Geschichtliches

505

11.4.3 Epoxidharze (EP)

505

11.4.3.1 Das Wichtigste in Kürze

505

11.4.3.2 Handelsnamen (Beispiele®)

505

11.4.3.3 Eigenschaften

505

11.4.3.4 Verarbeitung (Beispiele)

506

11.4.3.5 Anwendungsbeispiele

506

11.4.3.6 Der Weg zu den Epoxidharzen

507

11.4.3.7 Geschichtliches

512

11.5 Sonstige Harze

513

11.5.1 Siliconharze

513

11.5.2 Polydiallylphthalatharze (PDAP, PDAIP)

514

11.5.2.1 Das Wichtigste in Kürze

514

11.5.2.2 Handelsnamen (Beispiele®)

514

11.5.3 PUR-Gießharze

514

11.5.3.1 Elastomer-Gießharze

514

11.5.3.2 Harte PUR-Harze

515

11.5.4 Cyanatester-Harze

515

11.6 Tabellarischer Eigenschaftsvergleich

516

12 Hochleistungspolymere

519

12.1 Polyaryletherketone (PAEK)

520

12.1.1 Das Wichtigste in Kürze

520

12.1.2 Handelsnamen (Beispiele®)

520

12.1.3 Eigenschaften

520

12.1.4 Verarbeitung (Beispiele)

521

12.1.5 Anwendungsbeispiele

522

12.1.6 Der Weg zu den Polyaryletherketonen

522

12.1.7 Geschichtliches

522

12.2 Polyarylate (PAR)

523

12.2.1 Das Wichtigste in Kürze

523

12.2.2 Handelsnamen (Beispiele®)

523

12.2.3 Eigenschaften

523

12.2.4 Verarbeitung (Beispiele)

524

12.2.5 Anwendungsbeispiele

524

12.2.6 Der Weg zu den Polyarylaten

525

12.2.7 Geschichtliches

525

12.3 Flüssigkristalline Polymere (LCP)

526

12.3.1 Das Wichtigste in Kürze

526

12.3.2 Handelsnamen (Beispiele®)

526

12.3.3 Eigenschaften

526

12.3.3.1 Aufbau und Struktur der LCP

526

12.3.3.2 Eigenschaften von thermotropen LCP

527

12.3.4 Verarbeitung (Beispiele)

529

12.3.5 Anwendungsbeispiele

529

12.3.6 Der Weg zu den flüssigkristallinen Polymeren

529

12.3.6.1 Herstellung der lyotropen LCP

529

12.3.6.2 Herstellung der thermotropen LCP

531

12.3.7 Geschichtliches

532

12.4 Polyimide (PI)

532

12.4.1 Das Wichtigste in Kürze

532

12.4.2 Handelsnamen (Beispiele®)

532

12.4.3 Eigenschaften

532

12.4.4 Verarbeitung (Beispiele)

534

12.4.5 Anwendungsbeispiele

534

12.4.6 Der Weg zu den Polyimiden

535

12.4.7 Geschichtliches

540

12.5 Polyarylsulfone (PSU, PES, PPSU)

541

12.5.1 Das Wichtigste in Kürze

541

12.5.2 Handelsnamen (Beispiele®)

541

12.5.3 Eigenschaften

541

12.5.4 Verarbeitung (Beispiele)

542

12.5.5 Anwendungsbeispiele

542

12.5.6 Der Weg zu den Polyarylsulfonen

542

12.5.7 Geschichtliches

544

12.6 Polyphenylensulfid (PPS)

544

12.6.1 Das Wichtigste in Kürze

544

12.6.2 Handelsnamen (Beispiele®)

544

12.6.3 Eigenschaften

544

12.6.4 Verarbeitung (Beispiele)

545

12.6.5 Anwendungsbeispiele

545

12.6.6 Der Weg zu Polyphenylensulfid

546

12.6.7 Geschichtliches

546

12.7 Tabellarischer Eigenschaftsvergleich

546

13 Elastomere

551

13.1 Permanent vernetzte Elastomere/Gummi

552

13.1.1 Das Wichtigste in Kürze über vernetzte Elastomere

552

13.1.2 Handelsnamen (Beispiele®)

554

13.1.3 Eigenschaften

554

13.1.4 Verarbeitung (Beispiele)

556

13.1.5 Anwendungsbeispiele

556

13.1.6 Der Weg zu den permanent vernetzten Elastomeren

557

13.1.7 Geschichtliches

559

13.2 Reversibel vernetzte Elastomere/ Thermoplastische Elastomere TPE

559

13.2.1 Das Wichtigste in Kürze über TPE

559

13.2.2 Handelsnamen (Beispiele®)

562

13.2.3 Allgemeine Eigenschaften

562

13.2.4 Einzeleigenschaften und Anwendungsbeispiele

565

13.2.4.1 Thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis, TPE-O/TPE-V (TPO/TPV)

565

13.2.4.2 Thermoplastische Elastomere auf Styrolbasis, TPE-S (TPS)

565

13.2.4.3 Thermoplastische Polyester-Elastomere, TPE-E (TPC)

566

13.2.4.4 Thermoplastische Polyamid-Elastomere, TPE-A (TPA)

566

13.2.4.5 Thermoplastische Polyurethan-Elastomere, TPE-U (TPU)

567

13.2.5 Der Weg zu den thermoplastischen Elastomeren

568

13.2.5.1 TPE-O/TPE-V (TPO/TPV)

568

13.2.5.2 TPE-S (TPS)

569

13.2.5.3 TPE-E (TPC)

569

13.2.5.4 TPE-A (TPA)

569

13.2.5.5 TPE-U (TPU)

570

13.2.6 Geschichtliches

570

14 Schaumstoffe

571

14.1 Allgemeines über Herstellung und Eigenschaften

571

14.1.1 Handelsnamen (Beispiele®)

574

14.2 Polystyrol-Schaumstoffe (PS-E)

574

14.2.1 Das Wichtigste in Kürze

574

14.2.2 Polystyrol-Hartschaumstoff, Partikel-Schaumstoff

574

14.2.2.1 Eigenschaften

574

14.2.2.2 Verarbeitung

575

14.2.2.3 Anwendungsbeispiele

575

14.2.3 Polystyrol-Hartschaumstoff, Extruder-Schaumstoff

575

14.2.3.1 Eigenschaften

575

14.2.3.2 Verarbeitung

575

14.2.3.3 Anwendungsbeispiele

575

14.2.4 Polystyrol-Integralschaumstoff

575

14.2.4.1 Eigenschaften

575

14.2.4.2 Verarbeitung (Beispiele)

576

14.2.4.3 Anwendungsbeispiele

576

14.3 Polyolefin-Schaumstoffe, PO-Schaumstoffe

576

14.3.1 Das Wichtigste in Kürze

576

14.3.2 Eigenschaften

576

14.3.3 Verarbeitung (Beispiele)

577

14.3.4 Anwendungsbeispiele

577

14.4 Polyurethan-Schaumstoffe, PUR-Schaumstoffe

577

14.4.1 Das Wichtigste in Kürze

577

14.4.2 PUR-Hartschaumstoffe, (PUR-H)

578

14.4.2.1 Eigenschaften

578

14.4.2.2 Anwendungsbeispiele

578

14.4.3 PUR-Weichschaumstoffe, (PUR-W)

578

14.4.3.1 Eigenschaften

578

14.4.3.2 Anwendungsbeispiele

579

14.4.4 PUR-Halbhart-(semiflexible) Schaumstoffe

579

14.4.4.1 Eigenschaften

579

14.4.4.2 Anwendungsbeispiele

579

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

579

14.4.5.1 Eigenschaften

579

14.4.5.2 Anwendungsbeispiele

579

14.4.6 PUR-Integral-Halbhart- und Weichschaumstoffe

580

14.4.6.1 Eigenschaften

580

14.4.6.2 Anwendungsbeispiele

580

14.4.7 Der Weg zu den Polyurethan-Schaumstoffen

580

14.4.7.1 Polyurethan-Schäumsysteme

580

14.4.7.2 Chemie der PUR-Schäumsysteme

583

14.4.8 Isocyanatfreie Polyurethane (NIPU) NIPU, Non-Isocyanat-Polyurethan

586

14.4.8.1 Biobasierte NIPU-Schäume

587

14.4.9 Geschichtliches

587

14.5 Weitere Schaumstoffe

588

14.5.1 Polyvinylchlorid-Schaumstoffe

588

14.5.2 Phenol-Formaldehyd-Schaumstoffe

588

14.5.3 Harnstoff-Formaldehyd-Schaumstoffe

588

14.5.4 Polymethacrylimid-Schaumstoffe

588

14.5.5 Gummi-Schaumstoffe

589

14.6 Tabellarischer Eigenschaftsvergleich

590

15 Kunststoffe als Sonderwerkstoffe

591

15.1 Elektroaktive Kunststoffe

591

15.1.1 Oberflächenbehandlungen

592

15.1.2 Elektrisch leitfähige Compounds

592

15.1.3 Intrinsisch elektrisch leitfähige Polymere

593

15.1.4 Polymere als Elektrete

595

15.1.5 Ferroelektrische Polymere (Piezo- und Pyroelektrizität)

596

15.1.6 Triboelektrizität (Reibungselektrizität)

597

15.2 Funktionskunststoffe

598

15.2.1 Polymere als Datenspeicher

598

15.2.2 Polymere Leuchtdioden, Polymer-LEDs (PLEDs)

599

15.2.3 Polymere Photovoltaik (PPV)

600

15.2.4 Photoresists

602

15.2.5 Brennstoffzellen

603

15.2.6 Hybride Polymersysteme

604

15.3 Nanotechnologie und Kunststoffe

605

15.3.1 Anwendung von Nanoröhren (CNT) als Zusatzstoffe für Kunststoffe

606

15.3.2 Graphen

606

15.3.3 Nanotechnologie als Schrittmacher in die Zukunft

607

15.4 Kunststoffe in der Medizintechnik

608

15.4.1 Exemplarische Beispiele aus der Chirurgie

608

15.4.1.1 Polylactide

608

15.4.2 Scaffolds für Tissue Engineering

608

15.5 Biopolymere

609

15.5.1 Das Wichtigste in Kürze

609

15.5.2 Biokunststoffe -- Kunststoffe aus nachwachsenden (biogenen) Rohstoffen (NAWARO)

610

15.5.2.1 Handelsnamen (Beispiele®)

610

15.5.2.2 Cellullosewerkstoffe

610

15.5.2.3 Stärkewerkstoffe

611

15.5.2.4 Werkstoffe aus dem Bioreaktor

613

15.5.2.5 Werkstoffe durch chemische Synthese biobasierter Rohstoffe

614

15.5.2.6 Biocomposites als Werkstoffe

616

15.5.2.7 Blends als Werkstoffe

617

15.5.3 Biologisch abbaubare Kunststoffe (BAK)

617

15.5.3.1 Biokunststoffe neu definiert

619

15.5.4 Anwendungsbeispiele und Ausblick

619

15.6 Gele

620

15.6.1 Aufbau der festen Struktur

620

15.6.1.1 Nebenvalenzbindungen/Nebenvalenzgele

620

15.6.1.2 Hauptvalenzbindungen/Hauptvalenzgele

621

15.6.2 Anwendungsbeispiele

621

15.6.2.1 Hydrogele als Funktionspolymere

621

15.7 Tabellarischer Eigenschaftsvergleich

622

16 Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltaspekte von Kunststoffen

623

16.1 Gesundheits- und Sicherheitsaspekte von Kunststoffen

623

16.1.1 Gewerbetoxikologische Begriffe (Auswahl)

623

16.1.2 Herstellung von Polymeren und Kunststoff- Formmassen

623

16.1.3 Verarbeitung und Prüfung von Kunststoffen

624

16.1.4 Anwendung von Kunststoffen

625

16.2 Umweltaspekte von Kunststoffen

626

16.2.1 Nachhaltige Entwicklung

626

16.2.2 Lebensdauer von Erzeugnissen aus Kunststoff

626

16.2.3 Abfall- und Recyclinghierarchie

626

16.3 Abfallwirtschaft und Recycling aus Sicht der Kunststoffindustrie

627

16.3.1 Abfallwirtschaft

627

16.3.1.1 Kunststoffabfälle 2018

629

16.3.2 Grundsätzliche Aspekte beim Recycling von Kunststoffen

629

16.3.3 Recyclingkreisläufe von Kunststoffen

630

16.3.3.1 Werkstoffliches Recycling

630

16.3.3.2 Rohstoffliches chemisches Recycling

633

16.3.3.3 Kontrollierte energetische Nutzung

635

16.3.4 Deponie

638

16.3.5 Littering alias Vermüllung

638

16.3.6 Codierung erleichtert Recycling

639

16.4 Abbaufähige, resorbierbare Kunststoffe

640

16.4.1 Biologisch abbaubare Kunststoffe (BAK)

641

16.4.2 Photoabbaubare Polymere

642

16.4.3 Wasserlösliche Polymere

642

16.5 Cradle to Cradle, C2C („Von der Wiege zur Wiege“)

642

17 Literaturverzeichnis

645

Sachwortverzeichnis

651

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