Elastomere

Hast Du Dich schon einmal gefragt, wieso ein Flummi springt, wenn Du ihn auf den Boden fallen lässt, während andere Plastikartikel, nach dem Fallen, einfach liegen bleiben?

Flummis und andere elastische Kunststoff-Gegenstände wie Reifen oder Dichtungen sind aus dem Kunststofftyp Elastomer aufgebaut. Grund für die elastische Eigenschaft des Flummis ist die Struktur der Elastomere. Wie Elastomere definiert werden, welche weiteren Eigenschaften sie besitzen und wozu sie noch verwendet werden, erfährst Du in dieser Erklärung.

Elastomere Definition

Der Name Elastomer stammt von den beiden griechischen Wörtern elastos und meros ab, welche übersetzt "dehnbar" und "Teil" bedeuten. "Elastomer" heißt übersetzt also so viel wie "dehnbarer Teil". Der Namen der Kunststoff-Gruppe verrät Dir somit schon einiges über die Eigenschaften von Elastomeren.

Elastomere Struktur

Elastomere gehören zu den organischen Molekülen, da sie auf dem Element Kohlenstoff, genauer gesagt langen Kohlenstoffketten, basieren. Stoffe, die aus Makromolekülen wie langen Kohlenstoffketten bestehen, nennst Du auch Polymere. Die einzelnen Bauteile dieser Molekülketten nennst Du Monomere. Sie sind durch kovalente Bindungen miteinander verknüpft.

Nicht nur die Monomere der Elastomere sind durch kovalente Bindungen miteinander verbunden, auch die makromolekularen Kohlestoffketten untereinander. Aufgrund dessen wird auch von intermolekularen kovalenten Bindungen gesprochen.

Elastomere Eigenschaften

Die Struktur der Elastomere hat natürlich Einfluss auf ihre Eigenschaften. So sind Elastomere:

• gummielastisch,
• nicht schmelzbar,
• nicht in Lösemittel löslich und
• besitzen keine thermoplastische Eigenschaften (Ausnahme: thermoplastische Elastomere).

Elastomere Gummielastizität

Aufgrund der weitmaschigen Vernetzung der Molekülketten eines Elastomers, sind die Kohlenstoffketten zwischen den Verknüpfungen beweglicher als etwa bei den Duroplasten. Da die Entropie des Kunststoffs durch das Verdrillen der Molekülketten zunimmt, liegen die Polymerketten eines Elastomers im Ausgangszustand als ungeordnetes Knäuel vor.

Ziehst oder drückst Du nun an diesen Knäuel, so entwirrst Du die Molekülketten und streckst sie, beziehungsweise drückst sie noch näher zusammen. Dadurch verändert sich die äußere Form des Elastomers und die Wärmeabgabe führt zu einer Entropiezunahme. Führst Du keine Belastung mehr auf den Elastomer aus, so kehrt er, aufgrund der höheren Entropie, wieder in seinen entropisch günstigeren Ausgangszustand zurück. Du nennst die Elastizität der Elastomere deshalb auch Entropie-Elastizität oder Gummielastizität.

Elastomere Thermische Eigenschaften

Die Elastizität von Elastomeren nimmt mit ansteigender Temperatur zu. Ist die Temperatur zu niedrig, sind Elastomere nicht elastisch. Grund dafür ist die benötigte Wärmeenergie, die zur Rückformung des Elastomers und somit zum entropisch günstigeren Zustand nötig ist.

Elastomere können je nach Temperatur die folgenden drei Zustände annehmen:

• hartelastischer Zustand
• thermoelastischer Zustand
• thermische Zersetzung

In der folgenden Tabelle erkennst Du die Eigenschaften der Elastomere in den verschiedenen Zuständen zusammengefasst:

Tabelle 1: Eigenschaften der Elastomere in verschiedenen Zuständen

Thermoplastische Elastomere

Thermoplastische Elastomere sind besondere Kunststoffe. Sie sind, wie der Name schon andeutet, sowohl strukturell als auch von den Eigenschaften her eine Mischung der beiden Kunststofftypen Elastomere und Thermoplasten.

Der Vorteil von thermoplastischen Elastomeren liegt in deren Verarbeitung. Durch ihren thermoplastischen Charakter, können sie durch Wärmezufuhr dynamisch verarbeitet werden, besitzen bei Raumtemperatur aber trotzdem die Gummielastizität von Elastomeren. Außerdem können thermoplastische Elastomere anders als Elastomere aufgrund ihrer thermoplastischen Eigenschaften recycelt werden.

Elastomere Herstellung

Um die Monomere eines Elastomers zu Polymeren zu verknüpfen, gibt es folgende drei Verfahren:

• die Polymerisation,
• die Polyaddition,
• und die Polykondensation.

Polymerisation

Bei einer Polymerisation werden organische Monomere, die mindestens eine Doppelbindung besitzen, durch das Auflösen dieser Doppelbindung zu Polymeren verknüpft. Es entstehen keine Nebenprodukte und die entstandenen Polymere werden auch als Polymerisate bezeichnet.

Polyaddition

Bei der Polyaddition reagieren zwei Monomere, die jeweils mindestens zwei unterschiedliche funktionelle Gruppen besitzen, miteinander. Dabei wird, wie bei der Polymerisation, kein Nebenprodukt abgespalten. Den durch Polyaddition entstandenen Kunststoff nennt man auch Polyaddukt.

Polykondensation

Bei der Polykondensation verbinden sich zwei Monomere mit jeweils zwei unterschiedlichen funktionellen Gruppen. Kunststoffe, die auf diese Weise entstehen, sind sogenannte Polykondensate. Anders als bei den anderen beiden Verfahren entsteht bei dieser Reaktion ein Nebenprodukt. Am häufigsten spaltet sich bei einer Polykondensation Wasser (H₂O) ab, aber auch andere kleine Moleküle wie Chlorwasserstoff (HCl) oder Ammoniak (NH₃) können Nebenprodukte von Polykondensationen sein.

Elastomere Verwendung

Aufgrund ihrer Eigenschaften werden Elastomeren nur in speziellen Bereichen angewandt. Sie kommen gerade dann zum Einsatz, wenn ein gummielastisches Verhalten erforderlich ist. Typische Einsatzgebiete von Elastomeren sind deshalb:

• Reifen,
• Gummibänder,
• Schutzhandschuhe und
• Dichtungen, aber auch
• Yogamatten und
• Schuhsohlen.

Elastomere Recycling

Es gibt kaum ein Recyclingverfahren, durch das Elastomere in ihrem ursprünglichen oder einem gleichwertigen Verwendungsgebiet wieder eingesetzt werden können. Meist werden zu recycelnde Elastomere zu Pulver oder Granulaten verarbeitet und diese dann anderen Produkten untergemischt. So können "recycelte" Elastomere unter anderem in folgenden Produkten enthalten sein:

• Fußboden- oder Sportplatzmatten,
• Farben,
• Lacken oder
• Pulverbeschichtungen.

Elastomere Beispiele

Im folgenden Abschnitt bekommst Du einen Überblick über Elastomere, mit denen Du im Alltag oft in Berührung kommst.

Butadien-Kautschuk (BR)

Butadien-Kautschuk, kurz BR (engl. butadiene rubber), besteht aus dem Monomer 1,3-Butadien und wird durch Polymerisation hergestellt. Der Elastomer ist unter anderem in KFZ-Reifen und Kernen von Golfbällen zu finden.

Butylkautschuk (IIR)

Butylkautschuk wird auch Isobuten-Isopren-Kautschuk genannt und daher mit IIR (engl. isobutene-isoprene rubber) abgekürzt. Der Elastomer wird ebenfalls durch Polymerisation hergestellt und besteht zu 95–99 % aus Isobuten und zu 5–1 % aus Isopren. Da Butylkautschuk aus mehr als einer Monomer-Art besteht, bezeichnet man den Kunststoff auch als Copolymerisat. Butylkautschuk wird etwa als Chemikalienschutzhandschuh und als Bestandteil von Dichtungen, Luftschläuchen und auch Kaugummis verwendet.