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Thermoplaste bestehen aus unvernetzten Makromolekülen. Sie sind nicht besonders hitzebeständig und werden bei Erwärmung plastisch, lassen sich also leicht formen, z. B. Zahnriemen, Blinkerglas, Wassereimer, Getränkeflaschen.
Die Ketten der Makromoleküle befinden sich hauptsächlich nebeneinander und sind nur schwach durch van-der-Waals-Kräfte verbunden. Wird nun dieses Polymer erwärmt, so geraten die Makromoleküle in Bewegung und diese Bindungen werden überwunden. Die Moleküle gleiten dann aneinander vorbei und verformt sich. Aus diesem Grund nennt man Kunststoffe, die bei höherer Temperatur plastisch verformbar sind, Thermoplasten

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Wie die Abbildung zeigt, gibt es ungezählte Anwendungsbeispiele für Kunststoffe am Auto. Der Gewichtsanteil der Kunststoffe beträgt etwa 18 % (siehe Kapitel Eisen und Aluminium, Folie 1). Dass so viele Anwendungen möglich sind, bedeutet, Kunststoffe müssen

anpassungsfähig in ihren Materialeigenschaften sein, um den verschiedenen Anforderungen gerecht zu werden,

leicht zu verarbeiten sein,

besonders preiswert sein,

besonders leicht sein.

Im Prinzip treffen alle vier Vorteile zu, wobei man sich darüber im Klaren sein muss, dass je spezieller die Anforderungen an den Kunststoff sind, umso teurer seine Herstellung wird. Selbst „klassische Nachteile“ wie geringe mechanische Festigkeit lassen sich heute durch die Herstellung von Verbundwerkstoffen mit Glas- oder Carbonfasern erheblich verbessern. Kratzfestigkeit kann durch Keramiküberzüge erzielt werden, Kunststoffe können durch Kohlenstoffbeigaben leitfähig gemacht werden, so dass man sie sogar galvanisieren kann. So entstehen die rein metallisch wirkenden Kühlergrills oder Innenraumdetails am Auto.

Kläre diese Fragen, in dem du die nachfolgenden Stationen abarbeitest.

Bearbeite die Stationen (Spalten) der Reihe nach !

Teste, ob du alles verstanden hast, in dem du die Rätsel, Spiele,... zwischen den Stationen löst !

Viel Spaß dabei ! 😁

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Kunststoffe sind synthetisch erzeugte, organische Werkstoffe. Sie werden aus Rohstoffen durch chemische Umwandlung (Synthese) hergestellt.

Die Herstellung geht von den Hauptrohstoffen Erdgas und Erdöl aus und gliedert sich in 2 Schritte:

1. Aus der Synthese von reaktionsfähigen Vorprodukten zu Monomeren!

2. Aus der Verknüpfung tausender Einzelmoleküle zu Makromeolekülen.

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Die Zusammenlagerung der Einzelmoleküle zu Makromolekülen geschieht nach verschiedenen Reaktionsarten: durch Polaymerisation, durch Polykondensation und durch Polyaddition:

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Polymerisation: Monomere haben in diesem Verfahren eine C=C-Bindung bzw. Mehrfachbindung (Alkene, Alkine, Aldehyde), die durch einen “Aktivator” in Radikale umgeformt werden und somit eine Kettenreaktion ausgelöst wird. Diese Kettenreaktion endet erst, wenn alle Radikale ineinander aufgegangen sind. Durch diesen kettenförmigen Reaktionsablauf bilden sich daher meist lineare oder wenig verzweigte Makromoleküle, die zum Strukturaufbau von thermoplastischem Kunststoff benötigt werden. Stoffe, die nach diesem Reaktionstyp gebildet werden nennt man Polymerisate, die Bildung langen (Kunststoff-)Ketten erfolgt dabei ohne Austritt niedrigmolekularer Verbindungen (wie beispielsweise Wassermolekülen)

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Polykondensation: Bei diesem Verfahren bilden zwei Monomere unter Abspaltung eines kleinen Moleküls ein großes Polymer. Es setzt jedoch voraus, dass im Molekül der Monomere mindestens zwei funktionelle Gruppen (Hydroxyl-, Carboxyl- und Amino- Gruppen) vorhanden sind. Bei diesem Verfahren bilden sich ebenfalls lineare, thermoplastische Makromoleküle (bei bifunktionellen Gruppen) und aus trifunktionellen Gruppen werden vernetzte, duroplatische Polymere. Alle Endstoffe dieses Reaktionstypens werden Polykondensate genannt.

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Polyaddition: Ähnlich wie bei der Polymerisation benötigen die Monomere in ihrem Molekül eine Mehrfachbindung, zusätzlich aber auch funktionelle Gruppen. Ähnlich wie bei der Polykondensation entstehen bei bifunktionellen Gruppen lineare, thermoplastische Polymere und bei trifunktionellen Gruppen vernetzte, duroplastische Makromoleküle. Durch Polyaddition entstandene Kunststoffe nennt man Polyaddukte.

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https://learningapps.org/watch?v=p0z36wfu219

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Nun kannst Du Dein neuerworbenes Wissen überprüfen

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Nun kannst Du Dein neuerworbenes Wissen überprüfen

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https://www.learningsnacks.de/embed/25079/c60b1ea07f3e11341a2f135873fbee90573eac84

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Die Duroplaste werden dir in einem spannenden Kurzvideo erklärt. Viel Spaß damit

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Die Duroplaste werden dir in einem spannenden Kurzvideo erklärt. Viel Spaß damit

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https://www.youtube.com/watch?v=_Q0KDYHMxCU

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Arbeitsauftrag Seite 119 im Arbeitsheft Aufgabe 3:

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Arbeitsauftrag Seite 119 im Arbeitsheft Aufgabe 3:

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Seite 119 im Arbeitsheft Aufgabe 3: Ordne die Kunststoffgruppe Duroplast einem Bild in Aufgabe 3 zu und ergänze die Spalte der Tabelle.

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Bist du nun fit auf dem Gebiet der Duroplasten ? Das werden wir gleich sehen !

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Bist du nun fit auf dem Gebiet der Duroplasten ? Das werden wir gleich sehen !

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https://learningapps.org/watch?v=pyoq5wnk319

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Noch Mitte des 20. Jahrhunderts war Kunststoff nicht sonderlich verbreitet. Die Textilindustrie stellte Kunstseide her, Manschetten, Stehkragen, später die beliebten Nylonstrümpfe. Es entstanden elektrische Geräte aus Bakelit. Doch alles in allem war Kunststoff eher ein Nischenprodukt.

Das änderte sich schlagartig mit neuen Materialien und Herstellungsverfahren, mit denen Kunststoff günstig in Massen hergestellt werden konnte. Polyvinylchlorid (PVC) entwickelte sich nach dem Zweiten Weltkrieg zum meistproduzierten Kunststoff der Welt, denn für die Produktion konnte ein Abfallprodukt der chemischen Industrie genutzt werden. Deshalb war PVC billig und unglaublich vielfältig anwendbar.

1950 wurden weltweit gerade einmal 1,5 Millionen Tonnen Kunststoff hergestellt. 70 Jahre später waren es bereits 367 Millionen Tonnen, Tendenz steigend. Verpackungen und Einweggeschirr haben bei der Verwendung von Plastik inzwischen den größten Anteil.

In Europa machen sie mehr als 40 Prozent der gesamten Kunststoffproduktion aus. Erst dann folgen die Produkte in Bau- und Autoindustrie. Um die Masse an Einwegplastik zu reduzieren, gibt es seit 2021 in der Europäischen Union die ersten Verbote, beispielsweise bei Einweggeschirr.

Einen Stoff zu erfinden, der natürliche Produkte ersetzen kann, war lange Zeit der Traum von Tüftlern und Erfindern. Sie experimentierten mit Kautschuk, Cellulosenitrat, Kasein, Kampfer und anderen Stoffen.

Mitte des 19. Jahrhunderts entstanden die ersten Kunststoffe, die Naturmaterialien ersetzen konnten, aber auch ganz neue Produktentwicklungen ermöglichten.

1839 fand Charles Goodyear heraus, dass sich der Saft des Kautschukbaums durch Erhitzen und die Zugabe von Schwefel in Gummi umwandelt. Der Erfinder goss die ersten Gummihandschuhe aus dem neuen Material.

Der erste Kunststoff, der keine Moleküle mehr enthielt, die in der Natur vorkommen, war Bakelit. Das langlebige und hitzebeständige Material des Erfinders Hendrik Baekeland wurde lange Zeit als Isolator verwendet; bekannte Produkte sind Telefone, Toaster oder Föhne.

1912 entwickelte der deutsche Chemiker Fritz Klatte ein Verfahren, um einen Kunststoff zu erzeugen, der heute etwa noch im Bausektor für Rohre, Fußbodenbeläge und als Isolationsmaterial für Elektrokabel genutzt wird: Polyvinylchlorid (PVC). Auch Schallplatten bestehen aus Polyvinylchlorid, daher auch die Bezeichnung "Vinyl".

Alle Kunststoffe haben eines gemeinsam: Sie bestehen aus langen Molekülketten, den Polymeren. Die Länge dieser Ketten variiert: Die einen zählen einige tausend Moleküle, die anderen mehr als eine Million. Die Glieder der Ketten bilden Kohlenstoffverbindungen, die meist aus Erdöl, Erdgas oder Kohle gewonnen werden.

Welche Eigenschaften ein Kunststoff hat, ob er etwa eher biegsam ist oder hart, hängt vor allem von den Elementen ab, die ihm noch beigemengt werden. Das können zum Beispiel Sauerstoff (O), Wasserstoff (H), Stickstoff (N) oder Schwefel (S) sein. Die Teilchen beeinflussen, wie sich die Molekülketten verzweigen und miteinander wechselwirken.

Eine Plastiktüte schmilzt etwa auf einer heißen Herdplatte und verformt sich. Diese Gruppe der Kunststoffe wird Thermoplaste genannt. Kunststoffe, die hingegen Hitze widerstehen können und die Form beibehalten, heißen Duroplaste.

Auch die Elastizität ist eine wichtige Eigenschaft von Kunststoffen: Die Elastomere bleiben in Form und kehren - trotz Biegen, Quetschen und Drücken - immer wieder zu ihrer Ursprungsform zurück.

Dazu kommen sogenannte Additive wie Flammschutzmittel für schwere Entzündbarkeit, Farbe und Weichmacher. Diese Additive werden spätestens dann zum Problem, wenn das Plastik beginnt, sich zu zersetzen. Sie werden freigesetzt und gelangen in die Umwelt, beispielsweise ins Meer.

Und es wird stetig weitergeforscht: Sogenannte aktive Verpackungen aus Kunststoff können den Reifeprozess von Obst und Gemüse verlangsamen; sie können Fleisch haltbarer machen und sorgen dafür, dass manche Lebensmittel länger ihre Farbe behalten.

Viele Kunststoffe werden zwar nur kurze Zeit benutzt, haben aber eine lange Lebensdauer: Eine Plastikflasche braucht etwa 450 Jahre, bis sie sich zersetzt hat. Abgebaut ist das Plastik dann aber noch lange nicht. Es bleibt als Mikroplastik in der Umwelt.

Plastik in der Umwelt ist zum weltweiten Problem geworden, für das es bisher keine Lösung gibt. Verpackungsmüll und Alltagsgegenstände wie Einweggeschirr aus Plastik vermüllen Flüsse, Meere und Strände.

Dazu kommt Mikroplastik, also Plastikteilchen, die durch den Zerfall bereits kleiner als fünf Millimeter sind. Es findet sich überall in der Umwelt und ist über Meerestiere, die die Plastikteilchen fressen, bereits in die Nahrungskette gelangt.

Mikroplastik entsteht auch in großen Mengen durch den Abrieb von Autoreifen und beim täglichen Gebrauch von Alltagsgegenständen, beispielsweise Plastikflaschen, Kleidung aus Synthetikfasern oder Kochutensilien. Babys, die Flaschennahrung erhalten, nehmen das Mikroplastik über das Polypropylen der Flaschen auf.

Als weiteres Umweltproblem kommt solches Mikroplastik hinzu, das absichtlich in Kosmetika, Putz- und Waschmittel, Farben und Lacke sowie in Baumaterial gemischt wird. Über Abwasser und Klärschlamm gelangen diese kleinen Partikel in die Umwelt und, beispielsweise über die Düngung mit Klärschlamm, wieder in die Nahrungskette.

Auch wir Menschen nehmen Mikroplastik auf. Es befindet sich in allen Regionen der Erde, verbreitet sich über die Luft, es wurde bereits in Nahrungsmitteln wie Honig, Bier und Salz gefunden, im Regen, im Trinkwasser und überall an Land. Welche Auswirkungen das Plastik im Körper auf die Gesundheit hat, ist bislang noch nicht erforscht.

Ein neues Problem entsteht mit dem weiteren Zerfall der kleinen Plastikpartikel zu Nanoplastik. Diese winzigsten Teilchen sind in der Lage, im Körper Gewebebarrieren zu überwinden und möglicherweise Schäden anzurichten.

Kunststoff wird bisher vor allem aus Erdöl hergestellt. Ein Rohstoff, der knapper und teurer wird und der die Basis eines extrem umweltschädlichen Produkts ist. Schon seit Jahrzehnten wird weltweit an Alternativen geforscht: Es werden nachwachsende Rohstoffe wie Mais, Zuckerrohr und Chinaschilf verwendet und daraus sogenannte "Bio-Kunststoffe" für Verpackungen produziert.

In seltenen Fällen werden tierische Abfälle aus der Industrie verwendet. Doch ganz gleich, was auf dem Produkt steht: ob Bioplastik, klimaneutral, biologisch abbaubar - umweltfreundlich ist es nicht. Biobasierte Kunststoffe werden oft nur zum Teil aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt. Letztlich sind sie so schlecht abbaubar wie herkömmliches Plastik.

Die "biologisch abbaubaren" Kunststoffe wiederum sind so hergestellt, dass sie sich unter bestimmten Bedingungen zu CO2 und Wasser zersetzen. Diese Bedingungen - vor allem eine bestimmte Temperatur und Zersetzungszeit - sind in der Praxis aber selten gegeben. Ebenso wenig müssen sie nachwachsende Rohstoffe enthalten.

In der Praxis heißt das: Bio-Plastik, das als umweltfreundlich angepriesen wird, ist es meist nicht. Bioplastik darf keinesfalls mit dem Küchenabfall in die Biotonne geworfen werden. Und tatsächlich kompostierbare Verpackungen landen meist in der Müllverbrennung.

So bleiben, vor allem bei Verpackungen, nur wenige ökologisch sinnvolle Wege: Das ist die Vermeidung von Einwegartikeln und Verpackungsplastik, die Nutzung von Mehrwegsystemen sowie verstärktes Recycling.

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Kunststoff ist billig, leicht, fast universell verwendbar in Alltagsgegenständen, Textilien, Verpackungen, Autos. Doch der Tausendsassa des 20. Jahrhunderts ist ein Problem - für Mensch und Umwelt.

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Elastomere bestehen aus schwach vernetzten Makromolekülen. Sie sind ohne Erwärmung vorübergehend durch mechanische Einwirkung verformbar, lassen sich biegen und dehnen, finden aber durch die schwache Vernetzung in die Ausgangslage zurück (gummielastisch). Sie werden beim Erwärmen nicht plastisch, z. B. Reifen. (Man spricht zwar auch von thermoplastischen Elastomeren, die gummielastische Eigenschaften haben, weil die ungeordnete Molekülanordnung vor der Dehnung thermodynamisch günstiger ist und sie deshalb ohne Vernetzung in die Ausgangslage zurückfinden. Im engeren Sinne gehören diese aber nicht zu den Elastomeren.)

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Seite 119 im Arbeitsheft Aufgabe 3: Ordne die Kunststoffgruppe Thermoplast einem Bild in Aufgabe 3 zu und ergänze die Spalte der Tabelle.

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Arbeitsauftrag Seite 119 im Arbeitsheft Aufgabe 3:

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Arbeitsauftrag Seite 119 im Arbeitsheft Aufgabe 3:

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Seite 119 im Arbeitsheft Aufgabe 3: Ordne die Kunststoffgruppe Elastomere einem Bild in Aufgabe 3 zu und ergänze die Spalte der Tabelle.

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Kunststoffe am Auto: wo und warum?

Der Anteil an Kunststoffe im Auto steigt. Denn dies bedeutet nicht nur Gewichtsreduzierung und damit Kraftstoffeinsparung, sondern häufig auch geringere Produktionskosten im Vergleich zu Metallen.Die hier eingezeichneten Beispiele beziehen sich nicht explizit auf das hier abgebildete Auto, sondern kommen bei verschiedenen Autotypen vor.

Wegen der einfachen Verarbeitung durch das Spritzgussverfahren werden zum weitaus größten Teil Thermoplaste eingesetzt. Inzwischen wurden thermoplastische Kunststoffe entwickelt, deren Hitzebeständigkeit fast an die der Duroplaste heranreicht. So finden sie heute selbst in Bereichen mit höherer Temperaturbelastung Anwendung, z. B. als Ansaugkrümmer, Gehäuse von Ölfiltern, Zylinderkopfhaubenabdeckung, Motorabdeckung und Luftfilter. Es gibt sogar Hochtemperaturthermoplaste, z. B. Polyethersulfon, das in Reflektoren eingesetzt wird oder PBT (Polybutylenterephthalat), das für Kabelbahnen verwendet wird. Weitere hochtemperaturbeständige Thermoplaste werden zu Pumpengehäusen verarbeitet. Bei einigen PKW-Modellen werden Karosserieteile wie Kotflügel oder Stoßfänger aus Thermoplasten gefertigt. Innenraumteile (Instrumententafel, Sitzschalen, Hebel und Knöpfe) können wahlweise aus Thermoplasten oder Polyurethanen bestehen. Polyurethane können Thermoplaste oder Duroplaste sein. In der bereits gesehenen Darstellung eines Polyurethanschaums reagiert als eine Reaktionskomponente ein Diol, sodass ein kettenförmiges Polymer entsteht, also ein Thermoplast. Solche Polyurethanschäume werden im Wesentlichen als Hartschäume zur Ausschäumung der A-, B- C-Säulen oder als Weichschäume in Autositzen verarbeitet. Bei Verwendung eines Polyols mit mehreren OH-Gruppen als Reaktionskomponente, kommt es zur Vernetzung der Ketten und damit zur Bildung eines duroplastischen Polyurethans.

Duroplaste kommen in weit geringeren Mengen zum Einsatz. Man benötigt sie dort, wo hohe thermomechanische Festigkeit gefordert ist, z. B. bei Wasserpumpengehäuse, Kabelbahnen und Reflektoren. Grob kann man die eingesetzten Duroplaste, sofern man von Klebstoffen und Polyurethanen absieht, in zwei Gruppen einteilen:

faserverstärkte Reaktionsharze, die auch anstelle der Thermoplaste für Karosserieanwendungen wie Hauben, Kotflügel und Heckklappen zum Einsatz kommen und

duroplastische Formmassen (Phenolharze, Epoxidharze, Harnstoffharze), die z. B. für Bremskolben, Zahnriemenscheiben, Gehäuse (Kurbelwelle, Fensterheber, Pumpen...) eingesetzt werden.

Wie man sieht, überlappen sich die Anwendungsgebiete von Thermo- und Duroplasten in den allermeisten Bereichen, sodass es gut sein kann, dass ein Hersteller für einen bestimmten Anwendungsbereich Thermoplaste verarbeitet, während ein anderer Duroplaste einsetzt.

Elastomere finden eher versteckt Anwendung. Wegen ihrer flexiblen und elastischen Eigenschaften werden sie zu Dichtungen und Kabelummantelungen verarbeitet. Außerdem sind sie das A und O für Stoßdämpfer: Aus Elastomeren werden Bauteile zur Schwingungsdämpfung gebaut, Zusatzfedern im Fahrwerk, Dämpferlager, Stahlfederunterlagen, Anschlagpuffer oder Drehmomentstützen.