Kunststoffe: Luxus für alle

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Erna Knopp
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1 Kunststoffe: Luxus für alle Prof. Dr. André Laschewsky

2 Zeitalter der Werkstoffe Kunststoff-Ära Anfänge ca nach Christus in Europa etabliert ca nach Christus Eisenzeit ca vor Christus ca. 700 vor Christus Bronzezeit ca vor Christus ca vor Christus Steinzeit ca Jahre

3 Produktion von Kunststoffen kt Produktion 2001 Welt *) kt Westeuropa kt Deutschland kt *) incl. Leime, Dispersionen, Fasern

4 Das Geheimnis des Erfolgs: "Luxus für alle" Kunstoffe haben sich wegen ihrer unschlagbaren Kombination von Eigenschaften durchgesetzt. Sie sind - leicht - stabil und zäh - nicht-leitend für elektrischen Strom - nicht rostend - ungiftig - energiesparend in der Herstellung - einfach zu verarbeiten, zu färben und in jede Form zu bringen - extrem anpassungsfähig an neue Anforderungen und vor allem sind sie unglaublich preiswert Die meisten Produkte aus Kunststoff hätte man noch vor 100 Jahren als puren Luxus betrachtet. Heuten halten wir sie für selbstverständlich, weil wir alle aufgrund des niedrigen Preises reichlich von ihnen profitieren.

5 Kunststoffe in unserem Leben: die acht Kunstoffe finden sich heute überall. Fast alle der Gegenstände auf dem Bild bestehen überwiegend aus synthetischen oder natürlichen Polymeren Würde man sie aus dem Schlafzimmer entfernen, bliebe ein leerer Raum übrig

6 Kunststoffe in unserem Leben: das Badezimmer Kunstoffe finden sich heute überall. Fast alle der Gegenstände auf dem Bild bestehen überwiegend aus synthetischen oder natürlichen Polymeren Würde man sie aus dem Badezimmer entfernen, bliebe ein leerer Raum übrig

7 Kunststoffe in unserem Leben: das Frühstück Kunstoffe finden sich heute überall. Fast alle der Gegenstände auf dem Bild bestehen überwiegend aus synthetischen oder natürlichen Polymeren Würde man sie aus derküche entfernen, bliebe ein leerer Raum übrig

8 Kunststoffe in unserem Leben: das Büro Kunstoffe finden sich heute überall. Fast alle der Gegenstände auf dem Bild bestehen überwiegend aus synthetischen oder natürlichen Polymeren Würde man sie aus dem Büro entfernen, bliebe ein leerer Raum übrig

9 Was macht Kunststoffe so besonders? Wie sind Kunststoffe aufgebaut? Woher stammen ihre so nützlichen Eigenschaften?

10 Dimensionen von Molekülen Die meisten Moleküle sind aus 2-30 Atomen aufgebaut Komplexere Moleküle existieren in Sonderfällen, sind aber selten größer als 200 Atome Sauerstoff: 2 Atome C -H Essigsäure: 8 Atome H -H H H H Traubenzucker: 24 Atome H 3 C CH= Mg 2+ - H 3 C H H H - C CH 2 Chlorophyll a: 148 Atome

11 Makromoleküle - Polymere Makromoleküle sind aus mehr als 1000 Atomen aufgebaut (M r > D) Sie können u.u. mehr als 10 6 Atome enthalten CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 typisch: Wiederholung nur weniger, relativ kleiner Bausteine n

12 Größeneffekte in Makromolekülen Beispiel: Polyethylen mit Molmasse ,5 nm große eigung zum Verhakeln ( Spaghetti-Effekt ) Fadenmolekül: maximal gestreckte Länge = 10 µm, Durchmesser = 0.5 nm Echte Dimensionen hängen von der Konformation ab ( Knäuel-Effekt ) 10 µm Hohlräume zum Einlagern kleiner Moleküle Eigenschaften lassen sich mit Art der Verarbeitung verändern

13 Baukonzepte von Makromolekülen X X X X X X X X X Baukasten -Prinzip komplexe Konstruktionen aus wenigen, genormten Bausteinen Arbeitsteilungs -Prinzip unterschiedliche Molekülteile übernehmen verschiedene Funktionen Tausendfüßler -Prinzip schwache Wechselwirkungen einzelner Bausteine summieren sich zu großen Werten auf

14 Synthetische Polymere Polyethylen PE Polypropylen PP CH Poly(vinylchlorid) PVC Polystyren PS Poly(ethylenterephthalat) PET -C CH Cl CH C-- - Typisch für klassische Polymere: niedriger Preis Massenproduktion universeller Einsatz große Bandbreite an Qualitäten

15 Typischerweise zwei Polymertypen: Genormte Anwendung einfache Struktur Massenproduktion atürliche Polymere H H H Poly(saccharide) z.b. Stärke CH C Poly(isopren) / Kautschuk R:= H 2 Spezielle Verwendung komplexe Struktur aus wenigen Bausteinen H CH C R Poly(peptide) P H Polynukleotide: DA... R H 2 H H 2

16 Spezial- und Funktionspolymere Funktion durch Selbstorganisation CH C co CH block CH CH block CH CH ABS-Copolymere Styrol-Butadien-Block-Copolymer Hydrophobisiertes Polyacrylat CH co C= CH Ca schlagzähe Plaste thermoplastischer Kautschuk Verdicker

17 Spezial- und Funktionspolymere hoher Preis geringe Mengen hochspezialisierter Einsatz Struktur nach Maß hochtemperaturbeständig Anwendungen für Hochtechnologie Biotechnologie/Medizin lichtemittierend co hochauflösend Photoresist (193nm) C C= CH Gly Phe Leu Gly H H H C -H polymere Pharmaka Zytostatika

18 Verbrauch von Kunststoffen als Werkstoff Verbrauch in kg pro Kopf *) *) ohne Leime, Dispersionen, Fasern... direkte Korrelation mit Lebensstandard

19 Fraunhofer IAP Geiselbergstr Golm Universität Potsdam Mathematisch- aturwissenschaftliche Fakultät Danke für Ihre Aufmerksamkeit

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