Polymere & Additive

Wie werden Polymere hergestellt?

Allerdings ist das mit den „natürlichen Polymeren“ und der Petrochemie so eine Sache. Kohle, Erdöl und Erdgas entstanden ja aus Pflanzen und Tieren, die in den Erdzeitaltern Kambrium und Silur (und späteren Epochen) gelebt haben. Diese sogenannten fossilen Rohstoffquellen bilden noch immer das Rückgrat der heutigen Chemieindustrie. Man kann also durchaus sagen, dass die Polymere, die wir heute nutzen, zwar nicht von der Natur selber hergestellt wurden, aber wir produzieren sie aus dem Erbe des früheren Lebens auf der Erde. Letztlich ist das alles gespeicherte Sonnenenergie. Übrigens werden diese Rohstoffe nur zu einem sehr kleinen Teil zu Polymeren verarbeitet. Der weitaus größere Teil wird in Kraft- und Brennstoffe verwandelt und einfach verbrannt.

Stichwort Herstellung: Die sogenannten Synthetische Polymere stellt man heute in riesigen chemischen Apparaten und Rohrleitungen her – man sagt: „großtechnisch“. Die Methoden und Tricks, die Chemiker und Ingenieure sich dazu (und für vieles Andere) über die Jahrzehnte haben einfallen lassen, fasst man heute unter dem Begriff „Chemische Verfahrenstechnik“ zusammen.

Im Prinzip ist es ganz einfach, Kettenmoleküle zu machen: Dazu verknüpft man Chemikalien, also kleinere Moleküle (sog. Monomere) so lange, bis daraus das Polymer geworden ist. Dafür gibt es eine ganze Reihe von Methoden, die man unter dem Überbegriff „Polyreaktionen“ zusammenfasst. Die Vorsilbe „Poly“ kommt übrigens auch wieder aus dem Griechischen. πολύς (polys) bedeutet „Viele“.

Dieser Film gibt als Beispiel einen Einblick in die sog. Radikalische Polymersiation. 

Und die Chemiker hinter diesen Polyreaktionen sind findige Leute! Sie haben seit den Anfängen der Polymerchemie immer wieder neue Monomere miteinander verkettet und daraus immer wieder neue Polymere kreiert und weiter modifiziert. Aus etwa 30 dieser Polymere macht man heute in größerem Maße Kunststoffe.

Drei Gruppen von Polymeren

Diese etwa 30 verschiedenen Polymere (bzw. die daraus gefertigten Kunststoffe) kann man in drei Familien unterteilen: Thermoplaste (zum Beispiel Nylon®), Duromere (zum Beispiel Bakelit®) und Elastomere – woraus Gummi gemacht wird. Die Einordnung ist sehr einfach: Thermoplaste etwa sind, ganz ähnlich wie Schokolade, bei niedrigen (also „normalen“) Temperaturen recht fest, schmelzen aber durch vorsichtiges Erhitzen wieder. Duromere und Elastomere können nicht schmelzen, auch nicht bei ganz hohen Temperaturen.

(Quelle: Bonten, Kunststofftechnik, Hanser, 2020)

Warum ist das so? Ganz einfach: Die Kettenmoleküle in Duromeren sind sehr stark untereinander verbunden, man sagt: „vernetzt“. Dadurch können sie auch bei Hitze nicht mehr auseinanderfließen. Ganz ähnlich sieht das bei Keksen nach dem Backen aus: Vorher ein beweglicher Teig, danach (also nach der „Vernetzung“) fest und spröde. Den ehemaligen Teig kann man daraus nicht mehr machen, auch wenn man den Ofen noch so hochdreht.

Bei Elastomeren ist das sehr ähnlich: Auch sie können nicht mehr schmelzen, jedoch ist ihr Molekül-Netzwerk viel weitmaschiger. Darum kann man sie besonders gut verformen. Und das Schöne: Nach der Verformung finden sie – durch das lockere Netzwerk – auch schnell wieder in ihre frühere Form zurück. Diese Fähigkeit zur Zurückstellung (nicht die Verformbarkeit selbst!) nennt man: „Elastizität“.

Additive

Wie schon auf der ersten Seite beschrieben: Kunststoffe bestehen aus Polymeren und Zusatzstoffen. Aber welchen? Und wofür sind die gut? Da sind zum Beispiel die sogenannten Funktionszusatzstoffe („Additive“). Die gibt man, oft in flüssiger Form, in Polymere, um ihre Eigenschaften zu verbessern. Derartige Additive können zum Beispiel dafür sorgen, dass Kunststoffe schwerer Feuer fangen oder von Sonnenlicht nicht so schnell angegriffen werden. Unter anderem – es gibt tausende!

Beispiele für „additivierte“ Polymere sind natürlich längst nicht nur Sache der Technik: Additive können durchaus auch kosmetische oder pharmazeutische Wirkstoffe sein.

Außerdem können auch Polymere selbst Additive sein. In Haarwaschmitteln und -kuren machen sie zum Beispiel eine gute Figur als sogenannte Filmbildner. Dank ihrer Hilfe kann man die Haare nach dem Waschen leichter kämmen. Und vor Hitze schützen manche davon auch. In der Kosmetik verwendet man Hyaluronsäure, welches auch ein Polymer ist. Es wird gegen Falten unter die Haut gespritzt. Sogar in Lebensmitteln kann man Polymere finden. Xanthan etwa tut im Joghurt als sogenannter Verdicker gute Dienste – das ist allerdings auch ein Naturpolymer.

Natürlich helfen Polymere mit Additiv-Job auch in der Textil- und Kunststofftechnik, Produkte besser zu machen. Dies alles sind jedoch sehr spezielle Anwendungsfelder; darum zählt man polymere Additive nicht zu den Kunststoffen.