Massgeschneiderte Kunststoffe und Kunststoffverarbeitung

Bei der Herstellung massgeschneiderter Kunststoffe werden unterschiedliche Monomere eingesetzt, wodurch Copolymerisate entstehen. Durch Variation von Herstellungsverfahren und durch Zusatzstoffe lassen sich verschiedenste Kunststoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften herstellen.
Im einfachsten Fall der Copolymerisation verbinden sich die beiden Monomere zufällig miteinander und ein statistisches Copolymer entsteht. Bei alternierenden Copolymeren sind die Monomere immer abwechselnd verknüpft. In Blockcopolymeren folgen Abschnitte von mehreren gleichen Monomeren aufeinander. Bei Propfcopolymeren wird an eine linearen Polymerkette aus einem Monomer die andere Monomerart als Seitenkette angehängt, oder aufgepfropft.

Chemie; Kunststoffe; 3. Gymi; Massgeschneiderte Kunststoffe und Kunststoffverarbeitung — 1. statistisches Copolymer 2. alternierendes Copolymer 3. Blockcopolymer 4. Pfropfcopolymer

Zum Beispiel müssen für die Anwendung in Autoreifen die Makromoleküle von Synthesekautschuk und Naturkautschuk vernetzt werden, damit der Kunststoff elastisch ist. Die Kautschuk-Makromoleküle reagieren mit Schwefel, wodurch sich Schwefelbrücken zwischen den Makromolekülen bilden. Diesen Vorgang nennt man Vulkanisation. Das Produkt dieses Vorgangs ist das Elastomer Gummi. Gummi ist eines der am meisten verwendeten Elastomere, beispielsweise für Reifen, Transportbänder und Dichtungen.

Zusatzstoffe

Durch das Beimischen von Zusatzstoffen lassen sich Kunststoffe nahezu beliebig modifizieren und an ihre Verwendung anpassen.

Zusatzstoffe	Funktion	Beispiel
Antistatika	verhindern elektrische Aufladung, Staub- und Schmutzpartikel werden nicht angezogen	beispielsweise leitfähiger, metallhaltiger Lack auf der Oberfläche von Kunststoffen, hilft die elektrostatische Ladung abfliessen zu lassen
Farbstoffe	intensivieren den Farbeindruck und erhöhen die Festigkeit
Flammschutzmittel	begrenzen die Entflamm- und Entzündbarkeit sowie den Verbrennungsprozess	beispielsweise polybromierte Verbindungen wie Decabromidphenylether (in der Umwelt schwer abbaubar, potenziell toxisch)
Füllstoffe	verbessern mechanische Eigenschaften wie Festigkeit, Elastizität, Härte
Gleitmittel	erleichtern die Verarbeitung und Formbarkeit
Stabilisatoren	verlängern die Lebensdauer durch Schutz vor Umwelteinflüssen wie UV-Strahlen, Wärme	verhindert, dass Polymerketten gespalten und abgebaut werden, schützt vor Oxidationen beim Produktionsprozess oder beim Gebrauch
Weichmacher	optimiert die Elastizität und Härte	Weichmacher werden zwischen die Makromoleküle des Kunststoffs eingelagert und stören so die Ausbildung von kristallinen Bereichen, Stärke der zwischenmolekularen Kräfte wird reduziert

Kunststoffverarbeitung

Je nach Eigenschaften der Kunststoffe werden unterschiedliche Verfahren zur Verarbeitung genutzt.

Thermoplaste sind Kunststoffe, die im erwärmten Zustand verformbar sind. Sie lassen sich durch unterschiedliche mechanische Verfahren in Form bringen. In einem Extruder wird der Kunststoff aufgeschmolzen und mit den Zusatzstoffen homogenisiert. Das flüssige Gemisch gelangt dann in ein formgebendes Werkzeug.

Spritzgiessen: Die flüssige Kunststoffmasse wird in einen Hohlraum gegossen, wo sie schnell verdichtet und erkaltet. Durch dieses Verfahren lassen sich fast beliebig geformte Kunststoffteile herstellen.
Strangpressen: Die Kunststoffmasse wird durch eine ringförmige Düse gepresst. Ein Rohr, bzw. Schlauch entsteht.
Blasformen: Die Kunststoffmasse wird zusammen mit Druckluft in eine Blasform eingeblasen. Hohlkörper wie Flaschen oder Kanister entstehen.
Folienblasen: Blasformen durch eine offene, ringförmige Düse. Durch die einströmende Druckluft entsteht ein dünnwandiges Schlauchstück.
Rotationsformen: Die Kunststoffmasse lagert sich beim Abkühlen an der Innenseite einer rotierenden Form an. Wird benutzt, um grosse, hohle Kunststoffprodukte herzustellen.
Kalandrieren: Der Kunststoff wird zwischen zwei erwärmten Walzen kontinuierlich aufgeschmolzen. Weiter Walzen sorgen für die Homogenisierung und zur Kontrolle der Dicke des entstehenden Folienbandes. Zur Herstellung von vergleichsweise dickeren Folien.

Chemie; Kunststoffe; 3. Gymi; Massgeschneiderte Kunststoffe und Kunststoffverarbeitung — Nylonfaser; 1. Wasserstoffbrücken

Chemiefasern sind industriell hergestellte Fasern aus unverzweigten Makromolekülen mit kristalliner Struktur. Sie werden durch Van-der-Walls-Kräfte und Wasserstoffbrücken zusammengehalten. Die Kunststoffpolymere werden im Schmelzspinnverfahren aufgeschmolzen. Anschliessend durch Spinndrüsen gepresst und als fester, praktisch endloser Faden abgezogen. Nach dem Abkühlen werden die Fäden beim sogenannten Verstrecken gestreckt, wobei sich die noch verknäult vorliegenden Makromoleküle parallel anordnen. Chemiefasern sind pflegeleicht, haltbar und beständig gegen Mikroorganismen und Insekten. Sie verschmutzen jedoch leicht, weil sie sich elektrisch aufladen.
Mithilfe spezieller Spinnverfahren können extrem dünne Fasern hergestellt werden, sogenannte Mikrofasern. Sie sind zehn Mal dünner als ein menschliches Haar.