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

Um zu verstehen, wie sich Kunststoffe unter dem Einfluss von Hitze verhalten, muss man sich anschauen, wie die einzelnen Monomere miteinander verknüpft sind. Ausschlaggebend dafür ist die Anzahl der Bindungsmöglichkeiten, die die einzelnen Monomere eingehen können.
Wenn diese ausschließlich die Möglichkeit haben sich mit zwei anderen zu verbinden, so entstehen lange Polymerketten, die nicht verzweigt sind. Monomere, die so aufgebaut sind, heißen bifunktionell.

Modell eines bifunktionellen Monomers
(Foto: Dietmar)

Werden einzelne dieser Monomere durch chemische Bindungen zu Ketten polymerisiert, so wird Bindungsenergie frei. Diese Energie muss auch wieder aufgebracht werden, um die Monomere aus der Kette herauszulösen.
Es existieren aber auch noch Kräfte, die die einzelnen Polymerketten zusammenhalten, sogenannte zwischenmolekulare Kräfte. Sie sind jedoch nicht so stark wie die Bindungskräfte zwischen den Polymerbausteinen.

Modell zweier Polymerketten
(Foto: Dietmar)

Da sich alle Teilchen bewegen, die nicht die Temperatur des absoluten Nullpunktes (-273,15 °C) haben, so schwingen auch die Bestandteile der Molekülketten der Polymere. Wenn Wärme zugeführt wird, fangen die einzelnen Bausteine der Polymerketten an, noch stärker zu schwingen. Dadurch verringern sich die Kräfte zwischen den einzelnen Ketten und den einzelnen Polymerbausteinen.
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.

Kann sich ein Monomeres an drei verschiedenen Stellen binden, heißt es trifunktionell. Wird es mit bifunktionalen Monomeren polymerisiert, so bestehen zwei Möglichkeiten eines Strukturaufbaus: Zum einen können sich die einzelnen Polymerketten zweidimensional zu einer Schicht anordnen. Die einzelnen Ketten sind zwar verzweigt, aber nicht miteinander verbunden.

Modell eines trifunktionellen Monomers
(Foto: Dietmar)

Zwischen den verzweigten Ketten halten ebenfalls zwischenmolekulare Kräfte die einzelnen Schichten zusammen. Wird erhitzt, so lassen auch sie sich gegeneinander verschieben; auch hier liegt ein Thermoplast vor. Wird über den Temperaturbereich des Erweichens erhitzt, so zersetzt sich auch dieser Thermoplast.

Zwei verzweigte, aber nicht verbundene Polymere
(Foto: Dietmar)

Zum anderen können sich die Polymere so miteinander verbinden, dass es keine einzelnen Polymerketten mehr gibt, sondern nur ein dreidimensional vernetztes Polymer. Ganz besonders stabil wird so ein Polymer, wenn sich nur drei- oder mehrfunktionale Monomere miteinander verbinden, denn dann sind alle Bausteine über chemische Bindungen miteinander verbunden. Da die einzelnen Polymerketten nicht durch zwischenmolekulare Bindungen, sondern durch chemische Bindungen zusammengehalten werden, erweicht dieses Polymer beim Erhitzen nicht:
Der Kunststoff bleibt über einen weiten Temperaturbereich stabil. Deswegen heißt er Duroplast. Wenn er aber zu stark erhitzt wird, brechen die Bindungen zwischen den Monomeren oder die Monomere selbst auseinander. Der Kunststoff wird unwiderruflich zerstört.

Ein dreidimensional dicht vernetztes Polymer
(Foto: Dietmar)

Ist die Anzahl der bifunktionellen Bausteine zwischen den trifunktionellen groß, dann besteht die Möglichkeit, das Polymer zu dehnen. Wird von außen eine Kraft auf das Polymer ausgeübt, werden die Bindungen verzerrt. Es verformt sich. Wirkt keine Kraft mehr ein, 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.

Ein Ausschnitt aus einem dreidimensional weit vernetztem Elastomer

Ausschnitt desselben Elastomers unter Zugbelastung

Wirkt keine Kraft mehr auf das Elastomer ein, so kehren die Bausteine an ihren vorherigen Ort zurück; die Form des Elastomers ist wieder hergestellt (Fotos: Dietmar)

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