Kunststoffe und Glas Herstellung und Eigenschaften

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1 1 Herstellung und Eigenschaften Stand:

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5 5 GLAS Glas ist eine unterkühlte Schmelze aus einem Gemenge von Quarzsand, Soda, Kalk und Dolomit, die bei einer Temperatur von 1560 C geschmolzen werden. Im Bauwesen wird fast ausschließlich Kalk-Natronglas mit einem hohen Anteil an Siliciumdioxid und geringen Anteilen von Calciumoxid, Natriumoxid, Magnesiumoxid und Aluminiumoxid verwendet. "Glas sind alle Stoffe, die strukturmäßig einer Flüssigkeit ähneln, deren Zähigkeit bei normalen Umgebungstemperaturen aber so hoch ist, dass sie als fester Körper anzusprechen sind." Der "glasige" Zustand ist der einer eingefrorenen, unterkühlten Flüssigkeit. Der Stoff Glas besteht außerdem nur aus anorganischen Verbindungen. Da Plastik aus organischen Verbindungen besteht, ist es kein Glas, sondern nur im glasigen Zustand. Glas und Kristall haben dieselbe Zusammensetzung, lediglich eine andere Struktur. Während im Kristall die Tetraeder regelmäßig angeordnet sind, bilden sie im Glas ein unregelmäßiges Netzwerk. Bergkristall ist ein natürliches Mineral, das die gleiche chemische Zusammensetzung aufweist wie Glas. Die Sauerstoffionen und Siliciumionen bilden ein vollkommenes Kristallgitter, bestehend aus Tetraedern. Der hohe Schmelzpunkt ergibt sich aus dieser Regelmäßigkeit. Bergkristall ist also von den Inhaltsstoffen her ein Glas, befindet sich aber nicht im glasartigen Zustand. Kieselglas, auch Quarzglas genannt, erhält man durch Schmelzen von reinem Bergkristall. Der Unterschied zu Bergkristall: Die Kristallstruktur geht verloren. Besondere Eigenschaft: Es erweicht bei hohen Temperaturen, ohne deutlichen Schmelzpunkt und bricht regellos. 3 Glas-Hauptgruppen Die am häufigsten verwendeten Gläser kann man nach ihrer Zusammensetzung in drei Hauptgruppen unterteilen: Kalk-Natron-Glas Bleikristall-Glas Borosilikat-Glas Kalk-Natron-Glas Hierzu zählen vor allem das Flachglas und das Verpackungsglas. Wichtigste Eigenschaft sind hohe Lichtdurchlässigkeit, Durchsichtigkeit, porenfreie und glatte Oberfläche, Wetter- und Wasser-Beständigkeit. Kalknatronglas ist das gewöhnliche Massenglas für Flaschen und Fenster. Die Ordnung eines Kristallgitters geht durch Einlagerung von Natrium- und Calciumionen verloren. Es gibt keinen bestimmten Schmelzpunkt und das Brechverhalten ist wie bei Kieselglas regellos. Kalk-Natron-Silikatglas-Gläser (Normalglas) 75,5 SiO 2, 12,9 Na 2 O, 11,6 CaO. Gewöhnliches Brauchglas, Fensterglas. Dichte 2,5 g/cm³

6 6 Bleikristall-Glas Bleihaltige Gläser weisen eine besondere hohe Lichtbrechung auf, die Verzierungen und Schliff vorteilhaft wirken lassen. Blei- oder Kristallglas ist daher ein bevorzugtes Material für Trinkgläser, Vasen, Schalen und Lüster. Kali-Blei-Gläser (Bleikristallglas) 56 SiO 2, 32 PbO, 11,4 K 2 O, 0,1 Al 2 O 3, 0,5 As 2 O 5. Gläser, Lüster und Linsen mit starkem Lichtbrechungsvermögen. Dichte 2,85-3,12 g/cm³ Borosilikat-Glas Dieses Glas ist gegen chemische Einwirkungen und große Temperaturunterschiede sehr beständig. Es wird für temperaturbeanspruchte Glasprodukte wie Lampenkolben, Sichtscheiben in Elektroherden oder transparentes Back- oder Mikrowellengeschirr eingesetzt. Zu den kombiniert chemisch und thermisch beanspruchten Produkten zählen vor allem Geräte in chemischen Laboren und Apparaturen in der chemischen Industrie. Bor-Tonerde-Gläser (Jenaer Glas) 74,5 SiO 2, 8,5 Al 2 O 3, 4,6 B 2 O 3, 7,7 Na 2 O, 3,9 BaO, 0,8 CaO, 0,1 MgO. Gegen Chemikalien und große Temperatur-Differenzen beständig. Dichte 2,24-2,41 g/cm³ Supremax-Glas 56,4 SiO 2, 20,1 Al 2 O 3, 8,9 B 2 O 3, 8,7 MgO, 4,8 CaO, 0,6 Na 2 O, 0,6 K 2 O. Gläser sind temperaturbeständig bis 1000 C. Dichte 2,57 g/cm³ Glaseigenschaften Glas ist ein spröder, durchsichtiger oder durchsichtig scheinender Stoff, aus glutflüssiger Schmelze erstarrt. Physikalisch gesehen ist Glas eine eingefrorene, unterkühlte Flüssigkeit. Eben diese unregelmäßige Molekülstruktur bewirkt, dass das Glas optisch in allen Richtungen gleich ist: Der Grund für die Durchsichtigkeit. Grundeigenschaften Quarzsand, genauer gesagt Siliziumdioxid (SiO2), ist der wesentliche Rohstoff zur Glasherstellung. Zu den Grundeigenschaften des Glases gehören: Durchsichtigkeit großen Härte, Geruchlosigkeit, Dichte und chemische Stabilität. Auch bei Erhitzen bleibt die Zusammensetzung des Glases chemisch stabil. Um die Härte und die chemische Beständigkeit des Flachglases zu verbessern,

7 7 werden Dolomit und Sulfat beigemengt. Aus Altglas kann durch Einschmelzen immer wieder neues Glas hergestellt werden. Glas ist daher ein idealer Stoff für Recycling und somit sehr umweltfreundlich. Die optischen Qualitäten, die Glas bietet, leistet kein anderer Stoff. Nur Glas kann durch die Variation seiner chemischen Zusammensetzung und durch Veredelung unterschiedlichsten Forderungen angepasst werden. Nur Glas dient so vielseitigen und wesentlichen Zwecken. Es wird beispielsweise als feuerfestes Glasgeschirr in Laboratorien und für Kochfelder verwendet und kommt als Brandschutzglas zum Einsatz. Isolierglas Die heutigen, modernen Isoliergläser sind in der Regel sogenannte Funktionsgläser, da sie je nach Kombination der Glasarten, Glasbeschichtungen, Glasdicken, Scheibenzwischenräume und Gasfüllung (Luft / Edelgase) sehr unterschiedliche Anforderungen erfüllen können. Je nach Bedarf schützen Isoliergläser vor: Kälte Hitze Lärm Wind Regen Gewalteinwirkung oder Feuer. Ein Multifunktions-Isolierglas vereint mehrere dieser Schutzfunktionen in sich. Gemengetafel Flachglas Text/Bild-Quelle: Uniglas

8 8 Einführende und weiterführende Literatur Quellen: Kunststoffe: Verband Kunststofferzeugende Industrie e.v. Kunststoff-Probensammlung Glas: Text/Bild-Quelle: Uniglas

9 9 Kurzzeichen für Polymere (DIN EN ISO 1043) und Kautschuk (DIN ISO 1629) ABS Acrylnitril-Butadien-Styrol PE-LD Polyethylen, niedrige Dichte AMMA Acrylnitril-Methylmethacrylat PE-LLD Polyethylen, linear, niedige Dichte ASA Acrylnitril-Styrol-Acrylat PE-C Polyethylen, chloriert PE-X Polyethylen, vernetzt BR Butadien-Kautschuk PEEK Polyetheretherketon PEI Polyetherimid CA Celluloseacetat PESU Polyethersulfon CAB Celluloseacetobutyrat PET Polyethylenterephthalat CO Polychlormethyloxiran PF Phenol-Formaldehyd (Epichlorhydrin-Kautschuk) PFA Polyfluoralkoxylalkan CP Cellulosepropionat PI Polyimid CR Chloropren-Kautschuk PIB Polyisobuten CSM chlorsulfoniertes Polyethylen PMMA Polymethylmethacrylat PMP Poly-4-Methylpenten-(1) EAM Ethylen-Vinylacetat-Kautschuk POM Polyoxymethylen,Polyformaldehyd ECB Ethylen-Cop.-Bitumen PP Polypropylen ECO Copolymer aus Etylenoxid und Chlor- PPB Polypropylen-Block-Cop. Methyloxiran (Epichlorhydrin-Kautschuk) PPH Polypropylen-Homopolymerisat E-CTFE Ethylen-Chlortrifluorethylen-Cop. PPO Polyvinylenoxid EP Epoxid Harz PPR Polypropylen-Statistisches-Cop. E/P Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPM) PPS Polyphenylensulfid ETER Epichlorhydrin-Ethylenoxid-Terpolymer PPSU Polyphenylsulfon ETFE Ethylen-Tetrafluorethylen PS Polystyrol EVAC Ethylen-Vinylacetat (EVA) PSU Polysulfon PTFE Polytetrafluorethylen FEP Perfluor (Ethylen-Propylen-) PUR Polyurethan FKM Fluorkautschuk mit Fluor PUK Polyvinylcarbazol PVAC Polyvinylacetat IIR Isobuten-Isopren-Kautschuk PVC Polyvinylchlorid (Butylkautschuk) PVC-C Polyvinylchlorid, chloriert IR Isopren-Kautschuk PVC-P Polyvinylchlorid, weichmacherhaltig PVC-U Polyvinylchlorid, weichmacherfrei MBS Methylmethacrylat-Butadien-Styrol PVDC Polyvinylidenchlorid MF Melamin-Formaldehyd Harz PVDF Polyvinylidenfluorid MP Melamin-Phenol-Harz PVF Polyvinylfluorid NBR Acrylnitril-Butadien-Kautschuk Q Kautschuk mit Silikon und Sauerstoff NR Naturkautschuk SAN Styrol-Acrylnitril PA Polyamid SB Styrol-Butadien PAN Polyacrylnitril SBR Styrol-Butadien-Kautschuk PAI Polyamidimid SI Silikon PB Polybuten PBI Polybismalcinimid TM Thioplaste PBT Polybutylenterephthalat PC Polycarbonat UF Urea-Formaldehyd Harz PCTFE Polychlortrifluorethylen UP Ungesättigtes Polyester Harz PE Polyethylen PE-HD Polyethylen, hohe Dichte

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15 15 Quelle: Schwarz, O.: Kunststoffkunde, Vogel Buchverlag Würzburg, 3. Auflage

16 16 Vereinfachtes Fliessschema zur Brennprobe