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Kunststoffe: Aufbau, Eigenschaften und Verwendung von Thermoplasten, Duroplasten und Elastomeren

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sonne

1.10.2025

Chemie

Kunststoffe

3.916

1. Okt. 2025

21 Seiten

Kunststoffe: Aufbau, Eigenschaften und Verwendung von Thermoplasten, Duroplasten und Elastomeren

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sonne

@sonnemond

Kunststoffe sind ein zentrales Thema in der organischen Chemie mit... Mehr anzeigen

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Themen der Klausur
Kunstoffe:
Thermoplast: = Plastomer - setzt sich zusammen
aus vernetzten lang-
teigen Rohlenstoff-
molekülen,
besteht aus

Grundlagen der Kunststoffe

Thermoplaste (auch Plastomere genannt) bestehen aus langkettigen Kohlenstoffmolekülen, die aus sich wiederholenden Monomeren aufgebaut sind. Das Besondere an ihnen: Sie können durch Wärmezufuhr reversibel aufgeschmolzen und beliebig oft plastisch verformt werden.

Die molekulare Struktur von Thermoplasten zeichnet sich durch lange, kaum verzweigte Kohlenstoffketten aus, die einen geordneten "verknäulten" Zustand anstreben. Diese linearen Moleküle sind nicht chemisch miteinander vernetzt, sondern werden durch zwischenmolekulare Kräfte zusammengehalten.

Die Bindung zwischen den Molekülketten erfolgt durch Van-der-Waals-Kräfte – eine relativ schwache zwischenmolekulare Wechselwirkung, die beim Erwärmen überwunden werden kann.

💡 Merke: Der Hauptunterschied zwischen Thermoplasten, Duroplasten und Elastomeren liegt in ihrer Vernetzungsart. Während Thermoplaste nur durch schwache Van-der-Waals-Kräfte verbunden sind, besitzen Duroplaste und Elastomere kovalente Bindungen zwischen ihren Molekülketten!

Themen der Klausur
Kunstoffe:
Thermoplast: = Plastomer - setzt sich zusammen
aus vernetzten lang-
teigen Rohlenstoff-
molekülen,
besteht aus

Vernetzung und Wärmeverhalten

Die zwischenmolekularen Kräfte in Kunststoffen wie Van-der-Waals-Kräfte, Dipol-Dipol-Wechselwirkungen und Wasserstoffbrückenbindungen bestimmen maßgeblich ihre Eigenschaften. Diese Kräfte wirken zwischen den Molekülketten und halten sie zusammen.

Thermoplaste sind durch Van-der-Waals-Kräfte vernetzt, was erklärt, warum sie bei Wärmezufuhr aufschmelzen. Die schwachen Bindungen zwischen den Molekülketten lösen sich, wodurch der Kunststoff formbar wird. Nach dem Abkühlen erstarrt er in der neuen Form – ein reversibler Prozess.

Im Gegensatz dazu sind Duroplaste und Elastomere durch kovalente Bindungen (Elektronenpaarbindungen) vernetzt. Diese starken chemischen Bindungen brechen bei Wärmezufuhr nicht auf, sondern die Materialien zersetzen sich thermisch.

Die Art der Vernetzung ist entscheidend für die Anwendungsbereiche der verschiedenen Kunststofftypen im Alltag: Während Thermoplaste wie PP (Polypropylen) vielseitig formbar sind, eignen sich Duroplaste für hitzebeständige Anwendungen und Elastomere für flexible Produkte.

Themen der Klausur
Kunstoffe:
Thermoplast: = Plastomer - setzt sich zusammen
aus vernetzten lang-
teigen Rohlenstoff-
molekülen,
besteht aus

Wärmeverhalten der Kunststofftypen

Bei Thermoplasten löst sich die Quervernetzung durch Wärmezufuhr auf. Diese Eigenschaft macht sie reversibel aufschmelzbar – ein entscheidender Vorteil für ihre Verarbeitung und ihr Recycling. Du kannst dir das wie Schokolade vorstellen: Sie schmilzt bei Wärme und wird beim Abkühlen wieder fest.

Duroplaste und Elastomere reagieren völlig anders auf Hitze. Statt zu schmelzen, zersetzen sie sich bei hohen Temperaturen. Dies liegt an ihrer molekularen Struktur mit stabilen kovalenten Bindungen zwischen den Molekülketten, die nicht durch einfache Wärmezufuhr aufgebrochen werden können.

Diese unterschiedlichen thermischen Eigenschaften bestimmen die Verwendungsmöglichkeiten: Thermoplaste eignen sich hervorragend für Produkte, die geformt und recycelt werden müssen, während Duroplaste für hitzebeständige Anwendungen wie Steckdosen oder Föhngehäuse verwendet werden.

🔥 Wichtig für die Klausur: Achte besonders auf die unterschiedlichen Reaktionen der drei Kunststofftypen bei Wärmeeinwirkung – dies ist oft Prüfungsstoff, da es die grundlegenden Eigenschaften der Materialien bestimmt!

Themen der Klausur
Kunstoffe:
Thermoplast: = Plastomer - setzt sich zusammen
aus vernetzten lang-
teigen Rohlenstoff-
molekülen,
besteht aus

Vergleich: Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere

Thermoplaste bestehen aus linearen, unvernetzten Makromolekülen, die durch Van-der-Waals-Kräfte und Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten werden. Bei Erwärmung werden sie weich und formbar, da die Polymerketten aneinander entlanggleiten können. Ein typisches Thermoplast-Beispiel aus dem Alltag ist der Plastikbecher.

Duroplaste zeichnen sich durch ihre netzartig engmaschige, dreidimensional vernetzte Struktur aus. Die Makromoleküle sind durch starke Elektronenpaarbindungen verbunden. Sie schmelzen nicht, sondern zersetzen sich bei hohen Temperaturen. Bei Zugbelastung sind sie nicht verformbar und brechen schnell. Duroplast-Beispiele sind Bakelit oder Phenoplast, die oft in Steckdosen verwendet werden.

Elastomere haben eine weitmaschige, zweidimensional vernetzte Struktur. Sie sind leicht verformbar und kehren nach Belastung in ihre Ursprungsform zurück – daher ihre typische Gummielastizität. Elastomer-Beispiele sind Haargummis, Matratzen und Schaumstoffe.

Der Unterschied zwischen Thermoplast, Duroplast und Elastomer zeigt sich deutlich in ihrer Härte: Thermoplaste sind mittelhart bis weich, Duroplaste hart und spröde, während Elastomere weich und flexibel sind. Diese Eigenschaften bestimmen ihre Anwendungsgebiete.

Themen der Klausur
Kunstoffe:
Thermoplast: = Plastomer - setzt sich zusammen
aus vernetzten lang-
teigen Rohlenstoff-
molekülen,
besteht aus

Polypropylen als Thermoplast-Beispiel

Polypropylen (PP) ist ein klassisches Beispiel für einen Thermoplast. Dieser Werkstoff schmilzt bei Wärmezufuhr und kann zu verschiedenen Formteilen weiterverarbeitet werden. Seine linearen, unvernetzten Makromoleküle ermöglichen diese charakteristische Eigenschaft.

Die Verwendung von Thermoplasten im Alltag ist vielfältig: Plastikbecher, Zahnbürstengriffe und viele weitere Gebrauchsgegenstände bestehen aus diesen Materialien. Duroplaste findest du hingegen bei hitzebeständigen Anwendungen wie Föhnaufsätzen oder WC-Sitzen, da sie ihre Form und Härte bei Wärme nicht verlieren. Elastomere wie Gummibänder nutzt man, wenn Materialien verformbar sein und in ihren Ausgangszustand zurückkehren sollen.

Bei der Herstellung von Thermoplasten wie Polypropylen wird Granulat erwärmt, wodurch die Van-der-Waals-Kräfte teilweise überwunden werden. Die Makromoleküle werden beweglich, und das Material lässt sich formen. Beim Abkühlen bilden sich die zwischenmolekularen Wechselwirkungen neu aus, und der Kunststoff wird fest.

Das Recycling von Thermoplasten ist vergleichsweise einfach. Beim werkstofflichen Recycling werden sie zerkleinert, gereinigt und mit neuen Thermoplasten vermischt. Das Bottle-to-Bottle-Verfahren ist ein gutes Beispiel dafür. Alternativ gibt es das rohstoffliche Recycling (Hydrolyse, Pyrolyse) und die thermische Verwertung.

🔄 Praxistipp: Achte auf die Recycling-Codes auf Plastikprodukten! PP (Code 5) ist ein Thermoplast und kann gut recycelt werden, während Duroplaste und Elastomere schwieriger zu verwerten sind.

Themen der Klausur
Kunstoffe:
Thermoplast: = Plastomer - setzt sich zusammen
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teigen Rohlenstoff-
molekülen,
besteht aus

Recyclingverfahren und spezielle Thermoplaste

Bei der Hydrolyse werden Polykondensate durch Wasserdampf, hohen Druck und hohe Temperaturen in ihre Monomere aufgespalten. Dieses Verfahren eignet sich besonders für bestimmte Kunststofftypen.

Die Pyrolyse arbeitet mit hohen Temperaturen unter Sauerstoffausschluss, wobei Makromoleküle in einem geschlossenen Reaktor aufgespalten werden. Bei der thermischen Verwertung werden Kunststoffe zur Energiegewinnung verbrannt, wobei die Verbrennungsgase aufwendig gereinigt werden müssen.

Hochdruckpolyethen und Niederdruckpolyethen sind zwei wichtige Varianten von Polyethylen mit unterschiedlichen Thermoplast-Eigenschaften. Hochdruckpolyethen hat amorphe (verknäulte) Bereiche, eher kürzere Molekülketten und ist weich mit geringerer Schmelztemperatur. Niederdruckpolyethen hingegen zeigt kristalline Bereiche (parallele Anordnung), besitzt längere Molekülketten mit weniger Verzweigungen und ist fest mit höherer Schmelztemperatur.

Polyvinylchlorid (PVC) ist ein weiterer wichtiger Thermoplast. Es ist wasserresistent und wird bei Erwärmung weich und plastisch verformbar. Bei längerer Wärmeeinwirkung zersetzt es sich jedoch langsam, was bei der Verarbeitung von Thermoplasten beachtet werden muss.

Themen der Klausur
Kunstoffe:
Thermoplast: = Plastomer - setzt sich zusammen
aus vernetzten lang-
teigen Rohlenstoff-
molekülen,
besteht aus

Radikalische Polymerisation

Polystyrol ist ein Thermoplast, dessen Monomer Styrol ist. Es löst sich gut in unpolaren Stoffen und besitzt eine geringe Wärme- und elektrische Leitfähigkeit – Eigenschaften, die es für viele Anwendungen interessant machen.

Die Herstellung von Thermoplasten erfolgt häufig durch radikalische Polymerisation, die in vier Schritten abläuft:

  1. Startreaktion: Ein Initiator RRR-R spaltet sich homolytisch in zwei Radikale (R•).

  2. Kettenstart: Das Radikal R• greift die Doppelbindung eines Monomers (z.B. Ethen) an und bildet ein neues Radikal.

  3. Kettenwachstum: Das neue Radikal reagiert mit weiteren Monomeren, wodurch die Polymerkette wächst.

  4. Abbruchreaktion: Wenn zwei Radikale aufeinandertreffen, verbinden sie sich und beenden die Reaktion.

Bei dieser Reaktion entstehen lineare Kettenmoleküle, die durch Nebenreaktionen auch verzweigt sein können. Die gebildeten Polymermoleküle haben unterschiedliche Längen, was typisch für die radikalische Polymerisation ist.

⚗️ Chemie-Tipp: Bei der radikalischen Polymerisation entscheidet die Reaktionsführung (Temperatur, Druck, Katalysatoren) über die Eigenschaften des entstehenden Thermoplasten wie Verzweigungsgrad, Kettenlänge und Kristallinität!

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Radikalische Polymerisation - Schritt für Schritt

Hier ist das "Kochrezept" für die radikalische Polymerisation, ein wichtiger Prozess bei der Herstellung von Thermoplasten:

  1. Ausgangsstoffe bestimmen:
    • Monomer z.B.2Methylpropenz.B. 2-Methylpropen • Starter/Initiator z.B.ROORz.B. R-O-O-R

  2. Starter homolytisch spalten:
    R-O-O-R → 2 R-O•
    Die Bindung bricht so, dass jedes Fragment ein Elektron erhält.

  3. Kettenstart durchführen:
    Das Radikal ROR-O• verbindet sich mit einem Monomer 2Methylpropen2-Methylpropen.

  4. Kettenwachstum ermöglichen:
    Das neu gebildete Radikal reagiert mit weiteren Monomermolekülen, wodurch die Kette immer länger wird.

  5. Kettenabbruch herbeiführen:
    Zwei Radikale treffen aufeinander und rekombinieren, wodurch die Reaktion zum Erliegen kommt.

Diese Reaktion ist der Schlüssel zur Bildung von Thermoplasten wie PP PolypropylenPolypropylen. Die entstehenden linearen Polymere können durch ihre Van-der-Waals-Kräfte bei Erwärmung erweicht und umgeformt werden – das typische Merkmal von Thermoplasten.

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Polykondensation

Bei der Polykondensation reagieren Monomere mit zwei oder mehr funktionellen Gruppen unter Abspaltung kleiner Moleküle (meist Wasser). Die wichtigsten funktionellen Gruppen sind:

  • Säuregruppen: -COOH, -C=O=OOH
  • Alkoholgruppen HydroxylgruppenHydroxylgruppen: -OH, -COH
  • Aminogruppen: -NH₂

Typische Beispiele für Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere, die durch Polykondensation entstehen, sind Polyester und Polyamide. Bei der Reaktion von Hexan-1,6-disäure eineDicarbonsa¨uremit6CAtomeneine Dicarbonsäure mit 6 C-Atomen mit Hexan-1,6-diol einDiolmit6CAtomenein Diol mit 6 C-Atomen entsteht ein Polyester.

Polyamide bilden sich, wenn Dicarbonsäuren mit Diaminen reagieren, wie bei der Reaktion von Hexan-1,6-disäure mit 1,6-Diaminohexan.

Anders als bei der radikalischen Polymerisation wird bei der Polykondensation immer ein Wassermolekül abgespalten. Dies ist wichtig für das Verständnis des Thermoplast-Aufbaus, da diese Reaktion zu linearen Polymerketten führt, die durch zwischenmolekulare Kräfte zusammengehalten werden.

🧪 Chemie-Fokus: Bei der Polykondensation ist die Stöchiometrie entscheidend – um lange Ketten zu erhalten, müssen die reaktiven Gruppen in genau gleichem Verhältnis vorliegen!

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Polyester - Ein wichtiger Thermoplast

Polyester sind bedeutende Thermoplaste, die durch Polykondensation entstehen. Bei dieser Reaktion verbinden sich eine Dicarbonsäure und ein Diol (zweiwertiger Alkohol) unter Abspaltung von Wasser.

Am Beispiel der Reaktion von 1,4-Butandisäure mit Methandiol lässt sich der Prozess gut veranschaulichen: Die Hydroxylgruppen der Säure reagieren mit den Hydroxylgruppen des Alkohols, wobei Wassermoleküle abgespalten werden. Das Ergebnis ist ein langkettiger Polyester.

Polyester-Thermoplaste zeichnen sich durch ihre langgestreckten Molekülketten aus, die aus der wiederholten Verknüpfung von Dicarbonsäure- und Dioleinheiten entstehen. Sie finden vielfältige Verwendung in Textilien, Verpackungen und technischen Anwendungen.

Polyamide sind eine verwandte Kunststoffgruppe, die durch Polykondensation von Dicarbonsäuren mit Diaminen entsteht. Bekannte Beispiele sind Perlon und Nylon, die vor allem in Textilfasern verarbeitet werden. Ihre Eigenschaften machen sie zu vielseitigen Thermoplast-Vertretern im Alltag.



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Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.

Stefan S

iOS user

Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.

Samantha Klich

Android user

Wow ich bin wirklich komplett baff. Habe die App nur mal so ausprobiert, weil ich es schon oft in der Werbung gesehen habe und war absolut geschockt. Diese App ist DIE HILFE, die man sich für die Schule wünscht und vor allem werden so viele Sachen angeboten, wie z.B. Ausarbeitungen und Merkblätter, welche mir persönlich SEHR weitergeholfen haben.

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Jana V

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Lena M

Android user

Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️

Timo S

iOS user

Die App ist einfach super! Ich muss nur in die Suchleiste mein Thema eintragen und ich checke es sehr schnell. Ich muss nicht mehr 10 YouTube Videos gucken, um etwas zu verstehen und somit spare ich mir meine Zeit. Einfach zu empfehlen!!

Sudenaz Ocak

Android user

Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.

Greenlight Bonnie

Android user

Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼

Julia S

Android user

Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!

Marcus B

iOS user

Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben

Sarah L

Android user

Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

Hans T

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Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.

Stefan S

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Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.

Samantha Klich

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Jana V

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Lena M

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Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️

Timo S

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Die App ist einfach super! Ich muss nur in die Suchleiste mein Thema eintragen und ich checke es sehr schnell. Ich muss nicht mehr 10 YouTube Videos gucken, um etwas zu verstehen und somit spare ich mir meine Zeit. Einfach zu empfehlen!!

Sudenaz Ocak

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Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.

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Julia S

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Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!

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Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

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Chemie

3.916

1. Okt. 2025

21 Seiten

Kunststoffe: Aufbau, Eigenschaften und Verwendung von Thermoplasten, Duroplasten und Elastomeren

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sonne

@sonnemond

Kunststoffe sind ein zentrales Thema in der organischen Chemie mit hoher Alltagsrelevanz. Sie lassen sich in drei Hauptkategorien einteilen: Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere. Je nach ihrer molekularen Struktur und Vernetzungsart zeigen sie unterschiedliche Eigenschaften bei Wärmeeinwirkung und mechanischer Belastung.

Themen der Klausur
Kunstoffe:
Thermoplast: = Plastomer - setzt sich zusammen
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besteht aus

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Grundlagen der Kunststoffe

Thermoplaste (auch Plastomere genannt) bestehen aus langkettigen Kohlenstoffmolekülen, die aus sich wiederholenden Monomeren aufgebaut sind. Das Besondere an ihnen: Sie können durch Wärmezufuhr reversibel aufgeschmolzen und beliebig oft plastisch verformt werden.

Die molekulare Struktur von Thermoplasten zeichnet sich durch lange, kaum verzweigte Kohlenstoffketten aus, die einen geordneten "verknäulten" Zustand anstreben. Diese linearen Moleküle sind nicht chemisch miteinander vernetzt, sondern werden durch zwischenmolekulare Kräfte zusammengehalten.

Die Bindung zwischen den Molekülketten erfolgt durch Van-der-Waals-Kräfte – eine relativ schwache zwischenmolekulare Wechselwirkung, die beim Erwärmen überwunden werden kann.

💡 Merke: Der Hauptunterschied zwischen Thermoplasten, Duroplasten und Elastomeren liegt in ihrer Vernetzungsart. Während Thermoplaste nur durch schwache Van-der-Waals-Kräfte verbunden sind, besitzen Duroplaste und Elastomere kovalente Bindungen zwischen ihren Molekülketten!

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Vernetzung und Wärmeverhalten

Die zwischenmolekularen Kräfte in Kunststoffen wie Van-der-Waals-Kräfte, Dipol-Dipol-Wechselwirkungen und Wasserstoffbrückenbindungen bestimmen maßgeblich ihre Eigenschaften. Diese Kräfte wirken zwischen den Molekülketten und halten sie zusammen.

Thermoplaste sind durch Van-der-Waals-Kräfte vernetzt, was erklärt, warum sie bei Wärmezufuhr aufschmelzen. Die schwachen Bindungen zwischen den Molekülketten lösen sich, wodurch der Kunststoff formbar wird. Nach dem Abkühlen erstarrt er in der neuen Form – ein reversibler Prozess.

Im Gegensatz dazu sind Duroplaste und Elastomere durch kovalente Bindungen (Elektronenpaarbindungen) vernetzt. Diese starken chemischen Bindungen brechen bei Wärmezufuhr nicht auf, sondern die Materialien zersetzen sich thermisch.

Die Art der Vernetzung ist entscheidend für die Anwendungsbereiche der verschiedenen Kunststofftypen im Alltag: Während Thermoplaste wie PP (Polypropylen) vielseitig formbar sind, eignen sich Duroplaste für hitzebeständige Anwendungen und Elastomere für flexible Produkte.

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Wärmeverhalten der Kunststofftypen

Bei Thermoplasten löst sich die Quervernetzung durch Wärmezufuhr auf. Diese Eigenschaft macht sie reversibel aufschmelzbar – ein entscheidender Vorteil für ihre Verarbeitung und ihr Recycling. Du kannst dir das wie Schokolade vorstellen: Sie schmilzt bei Wärme und wird beim Abkühlen wieder fest.

Duroplaste und Elastomere reagieren völlig anders auf Hitze. Statt zu schmelzen, zersetzen sie sich bei hohen Temperaturen. Dies liegt an ihrer molekularen Struktur mit stabilen kovalenten Bindungen zwischen den Molekülketten, die nicht durch einfache Wärmezufuhr aufgebrochen werden können.

Diese unterschiedlichen thermischen Eigenschaften bestimmen die Verwendungsmöglichkeiten: Thermoplaste eignen sich hervorragend für Produkte, die geformt und recycelt werden müssen, während Duroplaste für hitzebeständige Anwendungen wie Steckdosen oder Föhngehäuse verwendet werden.

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Vergleich: Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere

Thermoplaste bestehen aus linearen, unvernetzten Makromolekülen, die durch Van-der-Waals-Kräfte und Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten werden. Bei Erwärmung werden sie weich und formbar, da die Polymerketten aneinander entlanggleiten können. Ein typisches Thermoplast-Beispiel aus dem Alltag ist der Plastikbecher.

Duroplaste zeichnen sich durch ihre netzartig engmaschige, dreidimensional vernetzte Struktur aus. Die Makromoleküle sind durch starke Elektronenpaarbindungen verbunden. Sie schmelzen nicht, sondern zersetzen sich bei hohen Temperaturen. Bei Zugbelastung sind sie nicht verformbar und brechen schnell. Duroplast-Beispiele sind Bakelit oder Phenoplast, die oft in Steckdosen verwendet werden.

Elastomere haben eine weitmaschige, zweidimensional vernetzte Struktur. Sie sind leicht verformbar und kehren nach Belastung in ihre Ursprungsform zurück – daher ihre typische Gummielastizität. Elastomer-Beispiele sind Haargummis, Matratzen und Schaumstoffe.

Der Unterschied zwischen Thermoplast, Duroplast und Elastomer zeigt sich deutlich in ihrer Härte: Thermoplaste sind mittelhart bis weich, Duroplaste hart und spröde, während Elastomere weich und flexibel sind. Diese Eigenschaften bestimmen ihre Anwendungsgebiete.

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Polypropylen als Thermoplast-Beispiel

Polypropylen (PP) ist ein klassisches Beispiel für einen Thermoplast. Dieser Werkstoff schmilzt bei Wärmezufuhr und kann zu verschiedenen Formteilen weiterverarbeitet werden. Seine linearen, unvernetzten Makromoleküle ermöglichen diese charakteristische Eigenschaft.

Die Verwendung von Thermoplasten im Alltag ist vielfältig: Plastikbecher, Zahnbürstengriffe und viele weitere Gebrauchsgegenstände bestehen aus diesen Materialien. Duroplaste findest du hingegen bei hitzebeständigen Anwendungen wie Föhnaufsätzen oder WC-Sitzen, da sie ihre Form und Härte bei Wärme nicht verlieren. Elastomere wie Gummibänder nutzt man, wenn Materialien verformbar sein und in ihren Ausgangszustand zurückkehren sollen.

Bei der Herstellung von Thermoplasten wie Polypropylen wird Granulat erwärmt, wodurch die Van-der-Waals-Kräfte teilweise überwunden werden. Die Makromoleküle werden beweglich, und das Material lässt sich formen. Beim Abkühlen bilden sich die zwischenmolekularen Wechselwirkungen neu aus, und der Kunststoff wird fest.

Das Recycling von Thermoplasten ist vergleichsweise einfach. Beim werkstofflichen Recycling werden sie zerkleinert, gereinigt und mit neuen Thermoplasten vermischt. Das Bottle-to-Bottle-Verfahren ist ein gutes Beispiel dafür. Alternativ gibt es das rohstoffliche Recycling (Hydrolyse, Pyrolyse) und die thermische Verwertung.

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Recyclingverfahren und spezielle Thermoplaste

Bei der Hydrolyse werden Polykondensate durch Wasserdampf, hohen Druck und hohe Temperaturen in ihre Monomere aufgespalten. Dieses Verfahren eignet sich besonders für bestimmte Kunststofftypen.

Die Pyrolyse arbeitet mit hohen Temperaturen unter Sauerstoffausschluss, wobei Makromoleküle in einem geschlossenen Reaktor aufgespalten werden. Bei der thermischen Verwertung werden Kunststoffe zur Energiegewinnung verbrannt, wobei die Verbrennungsgase aufwendig gereinigt werden müssen.

Hochdruckpolyethen und Niederdruckpolyethen sind zwei wichtige Varianten von Polyethylen mit unterschiedlichen Thermoplast-Eigenschaften. Hochdruckpolyethen hat amorphe (verknäulte) Bereiche, eher kürzere Molekülketten und ist weich mit geringerer Schmelztemperatur. Niederdruckpolyethen hingegen zeigt kristalline Bereiche (parallele Anordnung), besitzt längere Molekülketten mit weniger Verzweigungen und ist fest mit höherer Schmelztemperatur.

Polyvinylchlorid (PVC) ist ein weiterer wichtiger Thermoplast. Es ist wasserresistent und wird bei Erwärmung weich und plastisch verformbar. Bei längerer Wärmeeinwirkung zersetzt es sich jedoch langsam, was bei der Verarbeitung von Thermoplasten beachtet werden muss.

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Kunstoffe:
Thermoplast: = Plastomer - setzt sich zusammen
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Radikalische Polymerisation

Polystyrol ist ein Thermoplast, dessen Monomer Styrol ist. Es löst sich gut in unpolaren Stoffen und besitzt eine geringe Wärme- und elektrische Leitfähigkeit – Eigenschaften, die es für viele Anwendungen interessant machen.

Die Herstellung von Thermoplasten erfolgt häufig durch radikalische Polymerisation, die in vier Schritten abläuft:

  1. Startreaktion: Ein Initiator RRR-R spaltet sich homolytisch in zwei Radikale (R•).

  2. Kettenstart: Das Radikal R• greift die Doppelbindung eines Monomers (z.B. Ethen) an und bildet ein neues Radikal.

  3. Kettenwachstum: Das neue Radikal reagiert mit weiteren Monomeren, wodurch die Polymerkette wächst.

  4. Abbruchreaktion: Wenn zwei Radikale aufeinandertreffen, verbinden sie sich und beenden die Reaktion.

Bei dieser Reaktion entstehen lineare Kettenmoleküle, die durch Nebenreaktionen auch verzweigt sein können. Die gebildeten Polymermoleküle haben unterschiedliche Längen, was typisch für die radikalische Polymerisation ist.

⚗️ Chemie-Tipp: Bei der radikalischen Polymerisation entscheidet die Reaktionsführung (Temperatur, Druck, Katalysatoren) über die Eigenschaften des entstehenden Thermoplasten wie Verzweigungsgrad, Kettenlänge und Kristallinität!

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Radikalische Polymerisation - Schritt für Schritt

Hier ist das "Kochrezept" für die radikalische Polymerisation, ein wichtiger Prozess bei der Herstellung von Thermoplasten:

  1. Ausgangsstoffe bestimmen:
    • Monomer z.B.2Methylpropenz.B. 2-Methylpropen • Starter/Initiator z.B.ROORz.B. R-O-O-R

  2. Starter homolytisch spalten:
    R-O-O-R → 2 R-O•
    Die Bindung bricht so, dass jedes Fragment ein Elektron erhält.

  3. Kettenstart durchführen:
    Das Radikal ROR-O• verbindet sich mit einem Monomer 2Methylpropen2-Methylpropen.

  4. Kettenwachstum ermöglichen:
    Das neu gebildete Radikal reagiert mit weiteren Monomermolekülen, wodurch die Kette immer länger wird.

  5. Kettenabbruch herbeiführen:
    Zwei Radikale treffen aufeinander und rekombinieren, wodurch die Reaktion zum Erliegen kommt.

Diese Reaktion ist der Schlüssel zur Bildung von Thermoplasten wie PP PolypropylenPolypropylen. Die entstehenden linearen Polymere können durch ihre Van-der-Waals-Kräfte bei Erwärmung erweicht und umgeformt werden – das typische Merkmal von Thermoplasten.

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Polykondensation

Bei der Polykondensation reagieren Monomere mit zwei oder mehr funktionellen Gruppen unter Abspaltung kleiner Moleküle (meist Wasser). Die wichtigsten funktionellen Gruppen sind:

  • Säuregruppen: -COOH, -C=O=OOH
  • Alkoholgruppen HydroxylgruppenHydroxylgruppen: -OH, -COH
  • Aminogruppen: -NH₂

Typische Beispiele für Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere, die durch Polykondensation entstehen, sind Polyester und Polyamide. Bei der Reaktion von Hexan-1,6-disäure eineDicarbonsa¨uremit6CAtomeneine Dicarbonsäure mit 6 C-Atomen mit Hexan-1,6-diol einDiolmit6CAtomenein Diol mit 6 C-Atomen entsteht ein Polyester.

Polyamide bilden sich, wenn Dicarbonsäuren mit Diaminen reagieren, wie bei der Reaktion von Hexan-1,6-disäure mit 1,6-Diaminohexan.

Anders als bei der radikalischen Polymerisation wird bei der Polykondensation immer ein Wassermolekül abgespalten. Dies ist wichtig für das Verständnis des Thermoplast-Aufbaus, da diese Reaktion zu linearen Polymerketten führt, die durch zwischenmolekulare Kräfte zusammengehalten werden.

🧪 Chemie-Fokus: Bei der Polykondensation ist die Stöchiometrie entscheidend – um lange Ketten zu erhalten, müssen die reaktiven Gruppen in genau gleichem Verhältnis vorliegen!

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Polyester - Ein wichtiger Thermoplast

Polyester sind bedeutende Thermoplaste, die durch Polykondensation entstehen. Bei dieser Reaktion verbinden sich eine Dicarbonsäure und ein Diol (zweiwertiger Alkohol) unter Abspaltung von Wasser.

Am Beispiel der Reaktion von 1,4-Butandisäure mit Methandiol lässt sich der Prozess gut veranschaulichen: Die Hydroxylgruppen der Säure reagieren mit den Hydroxylgruppen des Alkohols, wobei Wassermoleküle abgespalten werden. Das Ergebnis ist ein langkettiger Polyester.

Polyester-Thermoplaste zeichnen sich durch ihre langgestreckten Molekülketten aus, die aus der wiederholten Verknüpfung von Dicarbonsäure- und Dioleinheiten entstehen. Sie finden vielfältige Verwendung in Textilien, Verpackungen und technischen Anwendungen.

Polyamide sind eine verwandte Kunststoffgruppe, die durch Polykondensation von Dicarbonsäuren mit Diaminen entsteht. Bekannte Beispiele sind Perlon und Nylon, die vor allem in Textilfasern verarbeitet werden. Ihre Eigenschaften machen sie zu vielseitigen Thermoplast-Vertretern im Alltag.

Wir dachten, du würdest nie fragen...

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Stefan S

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Sarah L

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Hans T

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