Wolfgang Kaiser
Kunststoffchemie für Ingenieure
Von der Synthese bis zur Anwendung
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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