2 Aufbau der Kunststoffe (S. 15-16)

2.1 Strukturbeschreibung der Kunststoffe

Die Eigenschaften von Stoffen lassen sich aus ihrer Struktur erklären. Kunststoffe besitzen die größte Strukturvielfalt aller vom Menschen genutzten Werk- und Funktionsstoffe. Für synthetische oder durch stoffliche Abwandlung hergestellte Kunststoffe gelten die gleichen Strukturierungsprinzipien wie für Biomakromoleküle (z. B. Eiweiße, Kohlehydrate), die infolge ihrer vielfältigen Strukturvariationen zur Basis des Lebens wurden. Zur fachlichen Orientierung im Kunststoff- und Kautschukgebiet und zur Eigenschaftsbewertung sind Elementarkenntnisse der Polymerstruktur sehr hilfreich. Daher soll dieser Problemkreis nachfolgend in möglichst einfacher und kurzgefasster Weise dargestellt werden, ohne dabei immer Anspruch auf Vollständigkeit und akademische Akkuratesse erheben zu wollen. In weiteren Kapiteln (z. B. Kapitel 6) werden diese Ausführungen durch die Angabe detaillierter Struktur-Eigenschafts-Zusammenhänge ergänzt und die Aussagen angewendet.

2.1.1 Chemische Struktur (Konstitution und Konfiguration der Makromoleküle)Organische Makromoleküle bestehen aus vielen sich wiederholenden Grundbausteinen (konstitutive Repetiereinheiten). Sie werden durch verschiedene Bildungsreaktionen aus niedermolekularen Ausgangsstoffen (Monomere) synthetisiert.

Durch die chemische Bindung vieler Monomere in ein Molekül entsteht das Polymer (Makromolekül). Als Art der chemischen Bindung (Hauptvalenzbindung) ist die kovalente Elektronenpaarbindung (homöopolare Bindung, Atombindung) dominierend. Die Metallbindung kommt nicht vor und die Ionenbindung nur in sehr seltenen Fällen als partielle chemische Bindung. Ionische Polymere sind Polyelektrolyte, falls die Ionenkonzentration wasserlösliche Polymere bedingt. Sie werden Ionomere genannt, wenn die geringen Konzentrationen an ionisch dissoziierten Bindungen zu wasserunlöslichen Polymeren führt. Am atomaren Aufbau sind hauptsächlich die Nichtmetallelemente Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) beteiligt. Relativ häufig treten noch Stickstoff (N), Chlor (Cl), Fluor (F) und Schwefel (S) auf (Heteroatome). Sog. halborganische Polymere enthalten die Halbmetallelemente Silizium (Si), als Silikone oder Polysiloxane bezeichnet, und Bor (B). Andere Elementarzusammensetzungen sollen wegen ihrer sehr speziellen Bedeutung nicht beachtet werden. Bereits die bisher besprochenen Strukturmerkmale erlauben folgende Rückschlüsse auf das Eigenschaftsbild reiner organischer Polymere:

- geringe elektrische Leitfähigkeit (elektrische Isolatoren),
- geringe Wärmeleitfähigkeit (thermische Isolatoren),
- spezifisch leichte Werkstoffe (Dichte 0,8 bis 2,2 g/cm3),
- begrenzte thermische Beständigkeit, da Aufspaltung der Elektronenpaarbindung
irreversibel ist.

Art und Funktionalität (Bindigkeit) der monomeren Ausgangsstoffe bestimmen die kovalente Grundstruktur von Kunststoffen (siehe Bild 2.1).