(Ein Tipp vorweg: Wie du vielleicht bemerken wirst, sind die Strukturen auf den Bildern dieser Webseite aus Teilen eines Molekülbaukastens zusammengebaut. Wenn du die Möglichkeit hast, baue die Strukturen nach, und versuche, die beschriebenen Eigenschaften nachzuvollziehen.)

Bei den Kunststoffen unterscheidet man Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere. Diese Unterscheidung bezieht sich auf die mechanischen Eigenschaften und auf das Verhalten beim Erhitzen.

Um das zu verstehen, muss man sich anschauen, wie die einzelnen Monomere miteinander verknüpft sind. Ausschlaggebend dafür ist die Anzahl der Bindungen, die die einzelnen Monomere eingehen können.

Thermoplaste
Wenn Monomere sich ausschließlich mit zwei anderen verbinden, so entstehen lange Polymerketten, die nicht verzweigt sind. Monomere, die so aufgebaut sind, heißen bifunktionell. Diese bilden bei der Polymerisation lineare Ketten.

Bild 1: Modell eines bifunktionellen Monomers (Foto: Dietmar)

Bild 2: Modell zweier Polymerketten (Foto: Dietmar)

Zwischen den Ketten herrschen Anziehungskräfte. Wenn Wärme zugeführt wird, fangen die einzelnen Bausteine der Polymerketten an, immer stärker zu schwingen. Dadurch verringern sich die Anziehungskräfte zwischen den einzelnen Ketten.

Ist genug Energie zugeführt worden, verlieren die Polymerketten untereinander ihren Zusammenhalt. Sie lassen sich gegeneinander verschieben und der Kunststoff wird weich, er wird durch thermische Einwirkung plastisch. Daher wird er Thermoplast genannt. Wird er in eine neue Form gebracht, so behält er diese nach dem Abkühlen.
Wird weiter erhitzt, brechen auch die Bindungen zwischen den einzelnen Bausteinen des Polymers oder die Monomere selbst brechen auseinander: Der Kunststoff wird zerstört.

Duroplaste
Kann sich ein Monomeres mit drei verschiedenen Stellen binden, heißt es trifunktionell. Bei der Polymerisation bilden sich zweidimensionale Netze oder sogar dreidimensionale Raumstrukturen.

Bild 3: Modell eines trifunktionellen Monomers (Foto: Dietmar)

Bild 4: Verzweigte Polymere (Foto: Dietmar)

Im Allgemeinen mischt man zur Synthese von Duroplasten bi- und trifunktionelle Monomere. Das ist in Bild 4 berücksichtigt worden.

Da die einzelnen Polymerketten weniger durch zwischenmolekulare Bindungen als durch chemische Bindungen zusammengehalten werden, erweicht dieses Polymer beim Erhitzen nicht. Der Kunststoff bleibt somit über einen weiten Temperaturbereich stabil. Deswegen heißt er Duroplast.

Wenn ein Duroplast jedoch zu stark erhitzt wird, brechen die Bindungen zwischen den Monomeren oder die Monomere selbst auseinander. Der Kunststoff wird zerstört (zersetzt).

Bild 5: Ein dicht vernetztes Polymer
(Foto: Dietmar)

Elastomere
Ist die Anzahl der bifunktionellen Bausteine zwischen den trifunktionellen groß (Bild 6), dann besteht die Möglichkeit, das Polymer zu dehnen. Wird von außen eine Kraft auf das Polymer ausgeübt (Bild 7), werden die Bindungen verzerrt. Der Stoff verformt sich. Wirkt keine Kraft mehr ein (Bild 8), stellt sich der vorherige Zustand wieder ein, und das Polymer bekommt seine ursprüngliche Form zurück. Weil der Kunststoff elastische, "gummiartige" Eigenschaften aufweist, heißt er Elastomer.

Zu den Molekülmodellen
Zum Bauen der Modelle haben wir die sagenhaften CVK-Molekülbaukästen genutzt. Die gibt es unverändert wohl schon seit mehr als fünfzig Jahren. (CVK steht für Cornelsen-Velhagen-Klasing. Das war der Bielefelder Vorgänger des heutigen Cornelsen-Firmensystems.) Die Baukästen sind aber immer noch aktuell, in ihrer Aussagekraft unübertroffen und dabei bei Schülern durchaus beliebt.

Hier können Sie die Kästen bestellen: Cornelsen Experimenta (http://shop.corex.de/)

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