Polymere und Kunststoffe

Was sind Polymere und Kunststoffe?

Polymere sind chemische Verbindungen, die aus vielen Makromolekülen bestehen. Die Makromoleküle sind kettenartig und setzen sich aus Monomeren zusammen. Zudem sind Polymere die Grundbausteine von Kunststoffen.

Unter dem Begriff Polymer verstehst du also meist kovalent gebundene Makromoleküle. Auch Salze und Metalle kannst du aufgrund ihres Aufbaus in die Definition der Polymere einordnen.

Polymere und auch Kunststoffe lassen sich nach bestimmten Kriterien in Kategorien einteilen. Dabei betrachtest du ihren chemischen Aufbau, ob sie organisch oder anorganisch sind und ihre physikalischen Eigenschaften.

Kunststoffe zählen zu den synthetischen Polymeren, einer Unterart der organischen Polymere.

Einteilung der Polymere

Polymere kannst du nach ihren Eigenschaften unterscheiden:

• chemischer Aufbau
• organisch oder anorganisch
• physikalischen Eigenschaften

Anhand der Eigenschaften kannst du die Stoffe dann in Kategorien einteilen.

Chemischer Aufbau

Je nachdem, wie viele verschiedene Grundmonomere ein Polymer besitzt, kannst du es den Homopolymeren oder den Copolymeren zuordnen.  

• Homopolymere bestehen aus nur einer Monomerart.
  Beispiele: Polyethylen (PE), Polypropolen (PP) oder Polyvinylchlorid (PVC)
  
  
• Copolymere setzen sich aus verschiedenen Monomerarten zusammen.
  Beispiele: Polyester, Polyurethane oder Butylkautschuk 

Organisch oder Anorganisch?

Du unterscheidest zudem zwischen den organischen und den anorganischen Polymeren. Die organischen Polymere kannst du nach ihrer Herkunft weiter unterteilen:

• Synthetische Polymere werden synthetisch aus Monomeren erzeugt. Das erfolgt mithilfe der Polymerisation , der Polyaddition , der Polykondensation oder der Copolymerisation. Zu ihnen gehören auch die Kunststoffe. 
  Beispiele sind Polyethylen (PE), Polystyrol (PS) oder Polyvinylchlorid (PVC)
  
  
• Natürliche Polymere (Biopolymere) entstehen dagegen in der Natur. Sie werden in Lebewesen synthetisiert, also zum Beispiel in Pflanzen oder Tieren.
  Beispiele sind Proteine, Nukleinsäuren oder Cellulose
  
  
• Chemisch modifizierte Polymere sind natürliche Polymere, die chemisch verändert wurden. Dadurch erhalten sie neue funktionelle Eigenschaften.
  Beispiele: Nitrocellulose, Celluloid oder Stärkederivate

Schon gewusst? Einige Polymere sind biologisch abbaubar, andere dagegen nicht.

Physikalische Eigenschaften

Polymere lassen sich auch anhand ihrer physikalischen Eigenschaften unterscheiden. Du kannst dir merken, dass Kunststoffe meist in eine der Kategorien gehören.

• Thermoplaste  sind Kunststoffe, die du ab einer bestimmten Temperatur verformen kannst. Sofern du sie nicht überhitzt, kannst du Thermoplaste beliebig oft durch Abkühlen und Erhitzen weiter verformen. 
  Beispiele: Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder Polyvinylchlorid (PVC)
  
  
• Duroplaste hingegen kannst du nur einmal durch Hitze verformen. Sind sie einmal ausgehärtet, kannst du sie nicht erneut schmelzen.
  Beispiele: Polyester, Epoxidharze oder Formaldehydharze
  
  
• Elastomere kannst du ohne Änderung der Temperatur elastisch verformen. Nachdem du an ihnen ziehst oder auf sie drückst, finden sie automatisch in ihre Ursprungsform zurück. 
  Beispiele: Butylkautschuk (IIR), Polyvinylbutyral (PVB) oder Naturkautschuk (NR)

Polymerchemie

Um (synthtische) Polymere aus einzelnen Monomeren herzustellen, braucht es bestimmte chemische Verfahren. Sie nennst du Polyreaktionen.

Dabei gibt es drei Varianten: 

1. Polymerisation: die Monomere lösen für die Polymer-Herstellung ihre Mehrfachbindungen auf
2. Polyaddition: die Monomere reagieren miteinander 
3. Polykondensation: die Polymere entstehen durch Abspaltung von Nebenprodukten

Polymer Struktur

Die Makromoleküle, aus denen die Polymere bestehen, weisen verschiedene Grundstrukturen auf. Zur Übersicht haben wir dir hier eine Tabelle mit den fünf Grundstrukturen erstellt:

Struktur	Eigenschaften
direkt ins Video springen Lineares Makromolekül	Das Molekül besteht aus nur einer Polymerkette, der Hauptkette.
direkt ins Video springen Verzweigtes Makromolekül	Neben der Hauptkette bilden sich auch Seitenketten.
direkt ins Video springen Teilkristalline Struktur linearer Polymere	Besonders unverzweigte Makromoleküle bilden Feststoffe (rot markiert) als teilkristalline Struktur.
direkt ins Video springen Weitmaschig vernetzte Polymere	Weitmaschige Vernetzung zwischen den Hauptketten.
direkt ins Video springen Engmaschig vernetztes Polymer	Engmaschige Vernetzung zwischen den Hauptketten.

Schon gewusst? Thermoplaste liegen meist verzweigt oder linear vor, während Elastomere eher weitmaschig vernetzt sind. Duroplaste sind hingegen engmaschig vernetzt.

Kunststoffe

Kunststoffe bestehen aus Polymeren. Sie gehören zu den organischen — genauer gesagt zu den synthetischen — Polymeren.

Für viele Anwendungen von Kunststoff müssen zu den Polymeren gewisse Zusätze hinzugegeben werden. Sie heißen Additive und können organisch oder anorganisch sein. Ihr Zweck ist es, den Werkstoffen neue Funktionen zu geben.

Pigmente geben dem Kunststoff beispielsweise eine andere Farbe, sogenannte Schlagzäh-Modifier machen den Kunststoff stabiler. Je nach Verwendung können die Additive in unterschiedlicher Menge zugegeben werden.

Polymere — häufigste Fragen

• Was sind Polymere?
  Polymere sind chemische Verbindungen und bestehen aus Makromolekülen. Diese Moleküle bestehen aus vielen Monomeren.
  
  
• Was ist Kunststoff?
  Kunststoff besteht aus Polymeren, denen häufig Additive zugegeben werden. Das sorgt für neue funktionelle Eigenschaften des Kunststoffs, z. B. eine andere Farbe oder mehr Stabilität.
  
  
• Was ist der Unterschied zwischen Polymeren und Kunststoffen?
  Polymere sind die Grundbausteine von Kunststoffen. Meist werden dabei Additive, also besondere Zusätze hinzugegeben. Du kannst du dir also merken:

  Polymere + Additive = Kunststoff

• Wie werden Polymere hergestellt?
  Polymere werden mithilfe von drei chemischen Verfahren hergestellt:
  
  • Polymerisation
  • Polyaddition
  • Polykondensation

Polyethylen (PE)

Super! Du kennst jetzt die Grundlagen der Polymere und Kunststoffe. Ein bekannter Kunststoff ist Polyethylen, auch PE genannt. Worum es sich dabei handelt und was er mit Zahnrädern zu tun hat, erfährst du hier . Bis gleich!