Elastomer

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Elastomere gehören zu der Gruppe der Kunststoffe und sind deshalb dem allgemeinen Begriff Polymer zuzuordnen. Da Elastomere eine besondere Kunststoffgruppe repräsentieren, werden wir dir im Folgenden alles Wichtige dazu erläutern. Das Thema Elastomer wird im Chemie-Unterricht behandelt.

Viel Spaß beim Lernen!


Was ist ein Elastomer?


Wie bereits erwähnt gehören Elastomere zu den Kunststoffen. Wichtig dabei zu beachten ist jedoch, dass sie singulär sind. Zusammen mit den Duroplasten und Thermoplasten bilden sie die drei wichtigsten Gruppe der Polymere. 


Das außergewöhnliche an Elastomeren ist, dass sie zwar formfeste Kunststoffe sind, aber ebenfalls elastisch sind. Sie lassen sich auf über das Doppelte ihrer Länge dehnen und besitzen deshalb auch die Eigenschaft der Gummielastizität.


Der Glasübergangspunkt, ist die Temperatur, bei der ein Polymer von einem festen in einen gummiartigen oder zähflüssigen Zustand übergeht. Bei den Elastomeren liegt diese Temperatur sogar unterhalb der Raumtemperatur. 




Wie ist ein Elastomer aufgebaut?


Dieser Polymertyp zählt zu den organischen Stoffgruppen. Sie besitzen langkettige Makromoleküle auf Kohlenstoffbasis. Im Vergleich zu Duroplasten ist die Dichte der Vernetzungen von den Molekülen geringer. Beginnt man das Elastomer zu ziehen, verhält es sich ab einem gewissen Punkt allerdings genau so wie ein Duroplast. Um jedoch gedehnt zu werden, benötigen Elastomere eine Zufuhr von Energie, welche durch die Brownsche Molekularbewegung erzeugt wird. 


  • Langkettige Makromoleküle

  • Sind auf Kohlenstoffbasis



Thermische Eigenschaften von Elastomeren


Sie reagieren besonders stark auf Temperaturveränderungen. Bei eher geringerer Temperatur sind sie nicht dehnbar. Stattdessen weisen sie eher einen harten und spröden Zustand auf. An dieser Stelle ist das Material durch schwache physikalische Bindungen vernetzt. Dazu gehören zum Beispiel die Van-der-Waals-Wechselwirkungen oder Wasserstoffbrückenbindungen



Mechanische Eigenschaften von Elastomeren


Mechanisch gesehen ähnelt es auch hier wieder dem Duroplast. Fügt man dem Elastomer Hitze hinzu, beginnt sich das typisch elastische Verhalten zu zeigen. Je höher die Temperatur, desto dehnbarer wird der Kunststoff. Wird es zu heiß, beginnen sich die Bindungen zu trennen und das Material zerfällt in seine Grundbestandteile. Anders als Thermoplasten sind sie nicht schmelzbar. Des Weiteren sind sie in Lösemitteln nicht löslich. Fügt man ihnen trotzdem eines hinzu, kann dies ein Quellen verursachen.


  • Elastisches Verhalten

  • Wird dehnbarer mit steigender Temperatur

  • Nicht schmelzbar

  • Quellen durch Lösungsmittel



Wieso sind Elastomere gummielastisch?


Wie kann es sein, dass ein Kunststoff so dehnbar wird? Das Ganze lässt sich mit Hilfe der Entropie erklären. Diese ist das Maß für die Unordnung. Moleküle streben immer nach einer Unordnung. Deshalb ordnen sie sich durcheinander an, obwohl sie sich auch ordentlich sammeln könnten. Am liebsten mögen es Moleküle, wenn sie in einem verknäulten Zustand vorliegen. Das könnte zum Beispiel so aussehen:


Quelle: www.fu-berlin.de


Wie ihr sehen könnt, sind die Molekülketten wild durcheinander angeordnet. Zieht man nun an dem Elastomer, werden die Molekülketten dazu gezwungen ihren ungeordneten Zustand oder auch entropiereichen Zustand aufzugeben. Sie müssen sich in Richtung der Zugkraft anordnen. Gleichzeitig nimmt die Entropie ab. Im Folgenden seht ihr den daraus resultierenden entropiearmen Zustand.


Quelle: www.fu-berlin.de


Lässt man das Elastomer wieder los, so werden sich die Molekülketten wieder unordentlich anordnen. Denn sie streben nach Entropie. Dadurch zieht sich das Elastomer wieder zusammen. 



Anwendungsgebiete von Elastomeren


Aufgrund ihrer Eigenschaften werden Elastomeren nur in speziellen Bereichen angewandt. Sie kommen gerade dann zum Einsatz, wenn ein gummielastisches Verhalten nötig ist. Typische Einsatzgebiete sind deshalb Reifen, Gummibänder oder auch Dichtungen. Der Ausgangsstoff für Elastomere ist Kautschuk. Je nach Art des Kautschuks, weisen sie unterschiedliche Eigenschaften auf.



Eigenschaften von Kautschuk 


Naturkautschuk zum Beispiel ist hochelastisch und deshalb auch zerreißfest.


Quelle: utopia.de



Acrylnitril-Butadien-Kautschuk hingegen, ist nur bis zu einer Temperatur von 120 Grad Celsius beständig und besitzt eine gute mechanische Festigkeit. 


Quelle: rado.de



Als letztes gibt es noch das Silikonkautschuk. Insbesondere bei extremen Temperaturveränderungen, ist diese Art besonders beständig. Es ist außerdem resistent gegen Ozon- und Lichteinwirkung. Des Weiteren hat es elektrische Eigenschaften.


Quelle: heimhelden.de


Der Kunststoff Polyurethan zählt dabei zu den Elastomeren. Für den Kupplungsbau werden hauptsächlich Polyurethan und Acrylnitril-Butadien-Kautschuk verwendet. 



Elastomere und Recycling


Wenn ihr bereits unsere anderen Artikel zu Kunststoffen gelesen habt dann wisst ihr, dass das Recyceln von eben diesen sich nicht als einfach herausstellt. Nicht nur technologische, sondern auch ökonomische Hürden müssen dabei überwunden werden. Besonders wichtig ist es, dass dabei auf ein sortenreines Recycling geachtet wird. Bei den meisten Elastomer-Typen ist eine sortenreine Aufbereitung nicht umsetzbar. Deshalb ist die Verwertung auf eine Sekundäranwendung beschränkt. 


  • Sortenreine Recycling

  • Aufbereitung

  • Sekundäranwendung/Widerverwendung


Dort wo eine sortenreine Aufbereitung möglich ist, werden die Reststoffe in die Ausgangsmischung wieder zurückgeführt. Wirtschaftlich gesehen, ist das allerdings nicht immer sinnvoll. Denn die anfallenden Reststoffe sind zu gering. Deshalb ist der Aufwand dafür in der Regel zu groß. 


Trotzdem ist es äußerst wichtig darauf zu achten, dass die Mülltrennung eingehalten wird und Kunststoffe ordnungsgemäß entsorgt werden. Denn Kunststoffe und damit auch Elastomere, sind von unserem Ökosystem nicht abbaubar. Stattdessen verschmutzen sie die Umwelt und fügen Schaden zu.




Elastomer - alles Wichtige auf einen Blick

  • Ist einer der drei Polymergruppen

  • Besitzen Gummielastizitätseigenschaften

  • Durch Energie lassen sich die Molekülketten der Elastomere dehnen

  • Findet Gebrauch in Reifen und Gummibändern

  • Sie sind recycelbar als Sekundäranwendung oder neue Herstellung


Falls du den Artikel spannend findest, schau doch gerne noch bei unseren anderen Themen vorbei. Wir sind uns sicher, dass du etwas Interessantes finden wirst!


Finales Elastomer Quiz

Frage

Welche Eigenschaften kennzeichnen Elastomere?

Antwort anzeigen

Antwort

Elastomere sind Gummielastisch (verformbar, nehmen ursprüngliche Form wieder an). Sie sind nicht schmelzbar und zersetzen sich bei hohen Temperaturen. 

Frage anzeigen

Frage

Wie begründet sich die gummielastische Eigenschaft von Elastomeren?

Antwort anzeigen

Antwort

Bei Zugbelastung ordnen sich die Molekülketten entlang der Zugbelastung an. An bestimmten Vernetzungspunkten werden die Molekülketten zusammengehalten und erwirken die Rückkehr in die Ausgangslage beim Nachlassen der Zugbelastung. Bei Druck werden die Molekülketten gestaucht und durch die Vernetzungspunkte, bei Nachlassen des Drucks wieder in die Ausgangslage versetzt.

Frage anzeigen

Frage

Gummi wird aus natürlichem Kautschuk hergestellt. Was geschieht chemisch bei der Vulkanisierung? Wie kommen die elastomeren Eigenschaften von Gummi zustande? Begründe unter Einbezug der Molekülstruktur!

Antwort anzeigen

Antwort

Bei der Vulkanisierung werden Polyisoprenketten über Schwefelbrücken vernetzt. Dabei addieren Schwefelmoleküle mit unterschiedlicher Anzahl von S-Atomen an C=C-Doppelbindungen des Polyisoprens, wodurch eine lockere Vernetzung der Ketten erreicht wird. Die elastomeren Eigenschaften werden über diese lockere Vernetzung erreicht.

Frage anzeigen

Frage

Synthesekautschuk ist ein Copolymer aus zwei ungesättigten Komponenten. Welche Monomere werden dabei eingesetzt und welchen Einfluss hat das Mischungsverhältnis auf die Eigenschaften des Elastomers?

Antwort anzeigen

Antwort

Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) ist der Ausgangsstoff für die weitaus am meisten hergestellte Variante des synthetischen Gummis. Es ist ein Copolymer aus 1,3-Butadien und Styrol. SBR enthält üblicherweise 24 % Styrol und 76 % Butadien. Bei höherem Styrolgehalt wird der Kautschuk thermoplastisch, bleibt aber vernetzbar.

Frage anzeigen

Frage

Durch Erhitzen mit welchem Element, lassen sich die Eigenschaften von „Gummi“ beeinflussen?

Antwort anzeigen

Antwort

Schwefel

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