. • Polystyrol, PS

Polystyrol wird hauptsachlich durch radikalische Polymerisation (Kopf-Schwanz-Verknup – fung, Abb. 10.8) von Styrol in Gegenwart peroxidischer Radikalbildner hergestellt. Das Po – lymerisat ist ein harter, glasklarer Werkstoff geringer Schlagzahigkeit. Es besitzt eine glan – zende Oberflache, die allerdings nicht kratzfest ist. Die Sprodigkeit unterhalb der Glasuber- gangstemperatur ist auf die sterische Behinderung der Makromolektile durch die Phe – nylgruppen zuruckzufiihren. Sie erschwert ihre Beweglichkeit.

Reines Polystyrol (Homopolymerisat) besitzt eine Dichte von 1,05 g/cm3. Es erweicht zwi­schen 80…90°C und ist gut verformbar. PS lasst sich problemlos einfarben, spanabhebend bearbeiten, polieren und kleben.

Gegeniiber Sauren, Laugen, Alkoholen und Mineralolen ist es bestandig, gegenuber den meisten organischen Losungsmitteln jedoch unbestandig. PS brennt mit leuchtender, stark ruiiender Flamme nach dem Entfemen der Zundquelle weiter und verbreitet einen siiBlichen Geruch (Styrol!). Unter dem Einfluss von UV-Licht erfolgt eine allmahliche Vergilbung des Polystyrols. Seine Festigkeit nimmt ab und die Oberflache wird langsam matt. Verwendung: PS-Formmassen werden zu Haushaltgegenstanden (Dosen, Behalter, Weg – werfgeschirr, Spielzeuge usw.) sowie zu Profilen, Beschlagen, Folien fur Kabel u. a. verar – beitet.

PS-Hartschaum. Enthalt das Polymerisat in der Hitze vergasende Stoffe oder leicht ver – dampfende Losungsmittel, entsteht ein geschaumtes Polystyrol (Schaumpolystyrol). Beim Erwarmen zersetzt sich das Treibmittel oder das Losungsmittel verdampfit. Zum Beispiel
setzen Azoverbindungen wie Azobenzol C6H5-N=N-C6H5 in der Hitze Stickstoff N2 frei, der das Granulat aufblaht. Die entstehenden Blasen und Poren behalten auch nach dem Erkalten ihre urspriingliche Form bei, so dass sich ein Schaumstoff mit einer geschlosse – nen, zahharten Zellstruktur ausbildet. Eine weitere Moglichkeit besteht im Einpressen eines Treibgases in die PS-Schmelze im Extruder. Extrudergeschaumtes PS besitzt aufgrund ei­ner kompakteren Zellstruktur eine hohere Festigkeit als ein durch zugesetzte Treibmittel geschaumtes PS.

Styrodur (BASF) ist ein extrudergeschaumtes Polystyrol. Als Treibmittel zur Herstellung geschaumter Kunststoffe wurden in der Vergangenheit nahezu ausschlieBlich FCKW ver – wendet, was auf die niedrige Warmeleitfahigkeit dieser Substanzklasse zuruckzuftihren ist. Der in den kleinen Poren eingeschlossene Halogenkohlenwasserstoff erhoht das Warme- dammvermogen des Schaumstoffs. Im speziellen Fall des Styrodur kam Dichlordifluor – methan CC12F2 (R 12) in Verbindung mit einem Со-Treibmittel zum Einsatz.

Aufgrund der in Кар. 5.4.2.2 diskutierten okologischen Konsequenzen, die sich aus der Herstellung und der Nutzung von FCKW ergeben, stand (und steht) vor der chemischen Industrie die Aufgabe, diese Treibmittel schrittweise zu ersetzen. R 12 wurde 1990 zu – nachst durch den teilhalogenierten Fluorchlorkohlenwasserstoff H-FCKW 142b (CH3- CC1F2) ersetzt. 1996 erfolgte dessen Substitution durch C02, obwohl die Warmeleitfahig­keit von C02-geschaumtem Polystyrol (Styrodur C, BASF) liber der von H-FCKW-ge – schaumtem Polystyrol liegt [OC 5]. Der Vorteil von Styrodur C-Platten besteht jedoch darin, dass sie im Gegensatz zu H-FCKW-geschaumten Platten nicht altem. Ihr Warme – dammvermogen bleibt iiber Jahre nahezu konstant. Die Со-Treibmittel (vor allem Chloral – kane) wurden aus toxikologischen Griinden durch Ethanol ersetzt.

Verwendung: PS-Hartschaum wird als Dammstoff zur Warme – und Schalldammung in der Bauindustrie sowie in der Kaltetechnik eingesetzt, femer als Verpackungsmaterial, Deko – material usw.

In speziellen Brandschutzplatten ist geschaumtes Polystyrol mit wasserhaltigem Natriumsi – licat kombiniert, das durch eine wasserdichte Epoxidharzschicht gegen Austrocknen ge – schutzt ist (BASF). Bei Hitzeeinwirkung (Feuer!) blahen sich die diinnen Platten infolge der Zersetzung des PS und des frei werdenden Wasserdampfs auf und erzeugen eine un – brennbare, porose Brandschutzschicht (Verwendung fur Wande und Tiiren).

Um die thermischen und mechanischen Eigenschaften des Homopolymerisats zu verbes – sem, wird PS mit anderen Monomeren copolymerisiert. Das sogenannte schlagfeste Po­lystyrol ist ein Styrol-Butadien-Pfropfcopolymer (Kurzzeichen: SB), dessen Butadienanteil zwischen 10…15% liegt. Die SB-Formmassen sind Zweiphasensysteme. Die gummiartigen Butadienteilchen (disperse Phase) sind im thermoplastischen Werkstoff Polystyrol (Disper – sionsmittel) verteilt und verbessem dessen Schlagzahigkeit entscheidend. SB-Copolymere weisen allerdings eine geringere Alterungsbestandigkeit als das Homopolymerisat auf und neigen zur Versprodung.

Fur die Praxis wichtige Copolymerisate sind die Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolyme- risate (ABS) und die Styrol-Acrylnitril-Copolymerisate (SAN). Das chemische Verhal – ten der Copolymerisate unterscheidet sich nicht grundlegend von dem der Reinpolymeri – sate, wenngleich sich die Unbestandigkeit gegentiber oxidierenden Sauren, Alkoholen, Estem, Aceton, aromatischen und Chlorkohlenwasserstoffen etwas erhoht.

Verwendung der Copolymerisate: Rohre, Gehause fur Telefonapparate und Radios, Gera – teteile, Schutzhelme, Kfz-Teile usw.

Acrylharze (Acrylatharze)

Acrylharze sind thermoplastische und warmehartbare synthetische Harze, die durch Homo – und Copolymerisation von (Meth)acrylsaureestem gewonnen werden. Reine Acrylharze basieren ausschlieBlich auf (Meth)acryl-Monomeren. Zur Copolymerisation setzt man Mo­nomere wie Styrol oder Vinylester ein. Uber die Wahl der Monomeren lassen sich sowohl Loslichkeits – als auch Filmeigenschaften (z. B. Harte) der Acrylharze breit variieren. Bei den Acrylharzen handelt es sich in der Regel um transparente, gegen UV-Licht bestandige, nicht verfarbende Werkstoffe.

• Polyacrylsaureester (Polyacrylate) 4- CH — CH2-P

I n

COOR

Polyacrylsaureester sind Polymere auf Basis von Estem der Acrylsaure H2C=CH-COOR, wobei R fur lineare, verzweigte oder cyclische, gegebenenfalls auch funktionelle Substi – tuenten (z. B. Hydroxy-, Amin – oder Epoxidgruppen) enthaltende Alkylreste steht. Polyac­rylate entstehen durch radikalische Polymerisation. Sie fallen je nach Polymerisationsgrad als durchsichtige, farblose, viskose, evtl. klebrige Flussigkeiten oder feste Produkte an. Ihre Einsatzmoglichkeiten werden durch ihre sehr niedrigen Glasubergangstemperaturen limi – tiert. Durch Copolymerisation mit Methacrylsaure, Styrol, Acrylnitril, Vinylchlorid oder Vinylacetat konnen ihre Eigenschaften verbessert werden.

Verwendung: Elastische Harze (Acrylharze), Klebstoffe (Acrylat-Klebstoffe), Beschichtun – gen, Anstriche (Acrylat-Lacke), Impragnierungen, Betonzusatze, Grundstoffe fur Fugen- dichtmassen.

• Polymethacrylsauremethylester, PMMA CH

(Polymethylmethacrylate) г I

T9"CH2-j-

L I J n

COOCH3

Die Polymethacrylate (Polymethacrylsaureester) werden durch radikalische Polymerisation von Estem der Methacrylsaure H2C=C(CH3)-COOR (R = CH3, C2H5, C3H7, …) als amor – phe, glasartig harte und transparente Kunststoffe („organisches Glas“) erhalten. Die tech – nisch grofite Bedeutung haben die Polymethylmethacrylate (obiges Formelbild) erlangt. Polymethylmethacrylate (p = 1,18 g/cm3) sind glasklare polymere Werkstoffe (Acrylglas) hoher Harte und Festigkeit sowie hoher Warme – und Witterungsbestandigkeit. Im Gegen – satz zu Fensterglas sind sie auch fur UV – Licht durchlassig. Sie sind hochglanzend, kratz – fest und lassen sich gut bearbeiten (polieren, sagen, frasen, bohren usw.). Sie konnen ver – klebt und verschweiBt werden. Die Erweichungstemperaturen der PMMA-Polymere liegen zwischen 120 und 140°C. Bei etwa 150°C, also im thermoelastischen Bereich, konnen sie gebogen, gezogen bzw. tiefgezogen werden.

PMMA sind bestandig gegenuber verdunnten Sauren (<. 20%), verdtinnten Laugen, Benzin, Mineralolen sowie tierischen und pflanzlichen Olen. Nicht bestandig bzw. loslich bis quell – bar sind sie in Benzol, Toluol, Estem, Ketonen, Chlorkohlenwasserstoffen sowie konz. Sauren und Laugen. PMMA brennt nach der Entzundung mit leuchtender, nicht ruBender Flamme (blauer Kem) knistemd ab, wobei ein scharfer, fruchtartiger Geruch entsteht.

Verwendung: Verglasungen, lichtdurchlassige Platten, Stabe, Rohre, Profile, Sanitarartikel; Sicherheitsglas (splitterfrei und schusssicher). Das bekannteste Polymethylmethacrylat ist Plexiglas (Fa. Rohm).

• Polyvinylacetat, PVAC -[- CH — CH2-|-^

O-COCH3

Durch radikalische Polymerisation von Vinylacetat CH2=CH-0-C0CH3 wird Polyvinyl­acetat erhalten. Die Polymerisate sind glasklare, sprode, licht-, warme – und witterungsbe – standige Thermoplaste mit Dichten zwischen 1,16 und 1,18 g/cm3. Die Glasiibergangstem – peraturen der Polyvinylacetate liegen in Abhangigkeit von der relativen Molekulmasse zwischen 28…180°C.

PVAC ist unloslich in Wasser, loslich dagegen in vielen organischen Losungsmitteln (Es­ter, Ether, niedere Alkohole, Halogenkohlenwasserstoffe u. a.). Aufgrund seiner geringen mechanischen Festigkeit kann PVAC nicht als Konstruktionswerkstoff eingesetzt werden. Verwendung: Bindemittel fur Anstriche und Beschichtungen, zur Herstellung von Lacken, Klebstoffen und Spachtelmassen, Haft – und Kontaktmittel.

Подпись: (10-17)

Подпись: -f CH — CH24 I n O-COCH3 Polyvinylacetat Подпись: + n CH3OH - n H3CCOOCH3
Подпись: -І-си—сиЛ I " OH Polyvinylalkohol

Polyvinylalkohol lasst sich durch eine alkalisch katalysierte Umesterung von Polyvinyl­acetat mit Alkohol (vorzugsweise Methanol!) herstellen. Die makromolekulare Kette bleibt erhalten (Gl. 10-17). Bei einer Umesterung wird der Alkoholrest eines Carbonsaureesters gegen einen anderen ausgetauscht. Dabei geht ein Ester in einen anderen iiber. Die Umeste­rung kann somit als eine Abfolge von Verseifungs – und Veresterungsreaktion angesehen werden.

• Polyvinylalkohol, PVAL

Handelsubliche PVAL sind weiB-gelbliche Pulver oder Granulate unterschiedlichen Poly – merisationsgrades. Aufgrund der im Polymer enthaltenen polaren OH-Gruppen sind die Polyvinylalkohole wasserloslich und bilden schwach- bis zahviskose Losungen. Trockener PVAL (p = 1,25… 1,35 g/cm3) ist sehr sprode, weshalb mitunter Wasser oder weichma – chende Substanzen (Ethylenglycol, Glycerin) zugesetzt werden. Mit Ausnahme einiger stark polarer Losungsmittel wie Dimethylformamid und Dimethylsulfoxid ist PVAL in den meisten organischen Losungsmitteln unloslich. PVAL-Folien sind weitgehend undurchlas- sig fur Gase wie N2, 02, C02 und H2, jedoch durchlassig fur Wasserdampf.

Verwendung: Folien, Klebstoffe, Dichtungen, Schlauche u. a. Durch die polare OH-Gruppe sind sie als Schutzkolloide (Кар. 6.3.2) verwendbar.

Durch Umsetzung von PVAL mit Butanal (Butyraldehyd C3H7 -CHO) entsteht Polyvinyl – butyral, PVB, der technisch wichtigste Vertreter der Gruppe der Polyvinylacetale. Das Strukturelement der Polyvinylacetale besitzt die allgemeine Formel:

-f сн2—ch — ch2— ch 4

I I r

о о

image197

Ftir Polyvinylbutyral ist R = C3H7. Die pulverformig anfallenden PVB sind wasserunlosli – che, amorphe, transparente Produkte, die in der Lage sind, zahe und feste Filme zu bilden. Verwendung: Folien als Zwischenschichten in Sicherheitsglasscheiben, Lacke und Kleb – stoffe, Anstrichmittel.

• Polyvinylether 4- CH — CH24

L I Jn

O-R

Polyvinylether entstehen iiberwiegend durch kationische Polymerisation von Alkylviny – lethem CH2=CH-OR. Technische Bedeutung haben der Polymethylvinylether, PVM (mit R = CH3), der Polylethylvinylether, PVE (R = C2H5) und der Polyisobutylvinylether, PVI(R = CH2-CH(CH3)2) erlangt.

Die Polyvinylether besitzen in Abhangigkeit von Alkylrest und Polymerisationsgrad eine klebrig-fliissige bis feste, wachsartige Konsistenz. Sie sind in den meisten organischen Lo – sungsmitteln loslich. Polyvinylether mittlerer Molekulmassen besitzen eine aufierordentlich gute Haftfahigkeit. Verwendung: Klebstoffe (z. B. auf Klebe – und Isolierbandem), wieder – befeuchtbare Papierklebstoffe (PVM), Lacke u. a.

F F

• Polytetrafluorethylen, PTFE 4 C — C 4-

L I I n
F F

Polytetrafluorethylene entstehen durch radikalische Polymerisation von Tetrafluorethylen CF2=CF2. Die aufierordentlich temperaturbestandigen Thermoplaste bestehen weitgehend aus linearen Makromolekiilen und weisen einen hohen Anteil kristalliner Bereiche (bis zu 70%) auf. PTFE sind wasserabweisende und nicht brennbare Werkstoffe mit Dichten zwi – schen 2,1…2,3 g/cm3. Der Kristallitschmelzpunkt dieser Polymere geringer Harte liegt bei 327°C. Oberhalb 400°C zersetzen sie sich unter Freisetzung fluorhaltiger toxischer Abbau – produkte wie Fluorphosgen (COF2) und Perfluorisobuten.

Der Gebrauchsbereich der PTFE erstreckt sich von -200…+250°C, da sich uber das gesamte Temperaturintervall ihre mechanischen und chemischen Eigenschaften kaum andem. Aufier der hohen Thermostabilitat besitzen PTFE eine hohe Chemikalienbestandigkeit. Ein An – griff erfolgt nur durch Fluor, Fluorverbindungen bei erhohten Temperaturen und verfliis – sigte Alkalimetalle. Verwendung: Wartungsfreie Gleitlager, Bruckenlager, Dichtungen, Rohre, Folien, Platten, Beschichtungen fur Kuchengerate (Teflon) und Isolationsmaterial.