Thermoplast

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Thermoplasten sind eine von den drei Gruppen der Polymere, d.h. Kunststoffe. Thermoplasten unterscheiden sich stark, im Vergleich zu den anderen beiden Gruppen, den Elastomeren und Duroplasten

Wieso das so ist, erklären wir dir im Folgenden. Das Thema wird im Fach Chemie unterrichtet.


Viel Spaß beim Lernen!



Was ist ein Thermoplast?


Das Wort kommt aus dem griechischen und wird mit den Worten heiß und formen übersetzt. 

Sie werden auch als Plastomere bezeichnet. Diese haben die Eigenschaft ab einer gewissen Temperatur verformbar zu sein. Bei einem Thermoplast ist dieser Vorgang beliebig oft durchführbar. Ganz anders ist es bei dem Duroplast. Nachdem sie einmal hergestellt sind, lassen sie sich auch nach erneutem erhitzen nicht verformen.


Wie ist ein Thermoplast aufgebaut?


Thermoplasten gehören der organischen Stoffgruppe an. Sie setzen sich aus langkettigen Kohlenstoffmolekülen zusammen. Diese bestehen aus Monomeren, also sich immer wiederholenden Bausteinen. Im Gegensatz zu den Duroplasten und Elastomeren ist dieser Kunststoff anders in seiner Struktur.


Die Struktur von Thermoplasten


Thermoplasten besitzen kaum bis gar nicht verzweigte Kohlenstoffketten. Außerdem sind sie nicht chemisch untereinander vernetzt. Vielmehr sind sie über schwache zwischenmolekulare Kräfte verbunden. Diese werden auch Van-der-Waals-Kräfte genannt. Das unterscheidet die Thermoplasten besonders von den anderen Kunststoffgruppen. Denn diese sind über kovalente Bindungen vernetzt. Allerdings streben die Makromoleküle auch hier nach der Entropie.


  • Keine chemische Vernetzung

  • Van-der-Waals-Kräfte verbinden Moleküle

  • KEINE kovalente Bindungen



Entropie, was ist das?


Entropie kann man sich wie folgt vorstellen:


  • Es ist der Zustand der Makromoleküle

  • Ein anderes Wort dafür ist auch Unordnung

  • Makromoleküle streben einen ungeordneten Zustand an




Verformung von Thermoplasten


Zunächst einmal wird eine Energiezufuhr in Form von Wärme benötigt. Danach passieren mehrere Schritte:


  1. Die Molekülketten geraten in Schwingungen

  2. Dadurch lösen sich die schwachen Bindungen

  3. Makromoleküle können aneinander vorbeigleiten

  4. Das Thermoplast ist nun verformbar


Es lässt sich festhalten: Mit zunehmender Dichte wird das Polymer weniger zäh, also härter und spröder.



Eigenschaften eines Thermoplasten


Der Schmelzpunkt des Thermoplasts liegt unterhalb der Zersetzungstemperatur. 

Des Weiteren besitzen sie vier Aggregatzustände:


Temperatur

Zustand

Eigenschaften

Niedrig

Feste

Hart und spröde

Oberhalb der Glasübergangstemperatur

Thermoelastisch

Elastisch verformbar

Weitere Zugabe von Wärme

Thermoplastisch, weich, nicht formstabil

Dauerhaft verformbar

Oberhalb des Schmelzpunktes

Flüssig

In Form gießen und Bauteil herstellen



Verarbeitung von Thermoplasten


Ein Alleinstellungsmerkmal dieses Kunststoffes ist die Schweißbarkeit. Hinzu kommt das früher häufig angewandte Spritzgießverfahren. Doch heute macht man eher von diesen Verfahren gebrauch:


  • Extrusion

  • Blasformen

  • Folienblasen

  • Heißverstemmen


Ebenfalls können sie nachbearbeitet werden zum Beispiel durch Sägen, Fräsen oder Schleifen.



Anwendungsgebiete der Thermoplasten


Diese Polymere werden häufig für die Herstellung von Verpackungsmaterial verwendet oder auch Aufbewahrungsboxen. Deshalb gehört der Kunststoff Polyethylen oder auch Polyvinylchlorid zu den Thermoplasten. 

Doch auch in der Textilindustrie finden sie in Form von Nylon ihre Anwendung. 

Des Weiteren wird es für Plexiglas verwendet und hat seinen Einsatz in der Luft- und Raumfahrtbranche, denn manche Hochleistungspolymere haben eine Schmelztemperatur von 335 Grad Celsius.


Recycling von Thermoplasten


Da dieser Kunststoff schmelzbar ist, erweist er sich hervorragend zur Wiederverwertung. Auf diese Art kann er für eine andere Funktion weiterverwendet werden. Im Gegensatz zu den Elastomeren und Duroplasten sind sie also vollständig recycelbar. Dadurch tragen sie ihren Beitrag zur nachhaltigen und umweltfreundlichen Nutzung bei.



Thermoplast - alles Wichtige auf einen Blick

  • Sie gehören der Gruppe der Polymere an

  • Sie sind Kunststoffe

  • Sie besitzen schwache Bindungen und lassen sich dadurch schmelzen

  • Es gibt vier Aggregatzustände

  • Sie können auch nachträglich verändert werden

  • Finden Verwendung in Verpackungen, der Textilbranche sowie Luft- und Raumfahrt

  • Sie sind recycelbar und umweltschonend


Falls du den Artikel spannend findest, schau doch gerne noch bei unseren anderen Themen vorbei. Mit Sicherheit wirst du etwas Interessantes finden!






Finales Thermoplast Quiz

Frage

Nennen Sie die Kunststoffe für die folgenden Kurzbezeichnungen: 

PE, PIB, PTFE, PVC, PP, PA 6, PVC,

PS PC.

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Antwort


• Polyethylen (Polyethen) 

• Polyisobutylen  Polytetrafluorethylen 

• Polyvinylchlorid 

• Polypropylen

• Polyamid 

• Polyvinylchlorid

• Polystyrol  

• Polycarbonat



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Frage

Ordne die folgenden Kunstoffe in Hochtemperaturkunststoffe, Konstruktionskunststoffe und Standardkunststoffe ein: PBI, PI, PC, PMP, PMMA und PE.


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Antwort

• Hochtemperaturkunststoffe: PBI und PI.

• Konstruktionskunststoffe: PC und PMP.

• Standardkunststoffe: PMMA und PE. 

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Frage

Welchen Einfluss haben Gestalt, Größe und Anordnung der Makromoleküle auf Kunststoffe?  


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Antwort

Gestalt, Größe und Anordnung der Makromoleküle haben Einlfuss auf die physikalischen Eigenschaften eines Kunststoffs. Sie beinflussen die Schmelz- und Gefriertemperatur, die Härtigkeit und die Löslichkeit (mit Lösungsmittel). 

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Frage

Erkläre auf molekularer Ebene den Einfluss von Temperaturerhöhung auf Thermoplasten. 

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Antwort

Durch Erhöhung der Temperatur wird dem Kunststoff Energie in Form von Wärme zugegben. Dies führt zu Schwingungen in Vernetzungspunkten der Kettensegmente innerhalb des Kunststoffes. Dabei ändert sich jedoch nicht der Schwerpunkt des Gesamtmoleküls. Der Kunststoff wird weicher. Bei weitere Wärmezugabe wird der Kunststoff in eine hochviskose Flüssigkeit umgewandelt. 

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Frage

Bei folgenden Kunststoffen handelt es sich um Thermoplasten:

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Antwort

Nylon

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Frage

Die Abkürzung PET bedeutet

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Antwort

Polyethylenterephthalat

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Frage

Bei der Verbrennung von PVC entstehen:

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Antwort

Kohlenstoffdioxid und Wasser.

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Frage

Welche Eigenschaften kennzeichnen das Verhalten von Thermoplasten?

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Antwort

Thermoplasten sind beim erwärmen weich und plastisch verformbar. Sie sind schmelzbar und behalten die neue Form nach dem abkühlen bei.

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Frage

Welche Struktur weisen Thermoplaste auf?

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Antwort

Unverzweigte Molekülketten

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Frage

Wie lässt sich die leichte Verformbarkeit von Thermoplasten begründen? Nennen Sie Beispiele für häufige Polymerisate.

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Antwort

Die linearen Molekülketten sind nur durch schwache Zwischenmolekulare Kräfte verknüpft. Diese lösen sich beim erwärmen und die Molekülketten können aneinander vorbeigleiten. Beim abkühlen bilden sich diese Wechselwirkungen wieder in neuer Anordnung aus. 

Häufige Polymerisate sind PE,PP,PS und PVC.

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Frage

Der Kunststoff PET (Polyethylenterephthalat) ist zwar nicht gut biologisch abbaubar, verrottet aber in der Umwelt schneller als Polyethylen (PE). Begründe dies mithilfe des chemischen Baus beider Kunststoffe.

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Antwort

Die Estergruppe macht PET angreifbar. Durch Hydrolyse können wieder die Ausgangsstoffe (Monomere) entstehen. Auch kann Wasser die Moleküle durch Ausbildung von Wasserstoffbrücken benetzen, so dass z.B. auch Bakterien Kontakt zur Oberfläche bekommen. Polyester sind damit deutlich besser abbaubar als Kohlenwasserstoffketten, aus denen Polyethylen besteht.

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Frage

Aus Butan-1,2-diol, Phthalsäure und Hexandisäure soll ein Polyester hergestellt werden. Wie könnte man die Festigkeit des entstehenden Polykondensats gezielt einstellen?

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Antwort

Durch das Mischungsverhältnis der beiden Disäuren in der Monomermischung kann die Festigkeit des Polykondensats gezielt eingestellt werden. Das Hexandisäure-Molekül ist aufgrund der Kohlenwasserstoffkette vergleichsweise flexibel. Phthalsäure ist durch den Benzolring eher steif. Mit zunehmendem Anteil an Phthalsäure-Einheiten in den Makromolekülketten nimmt die Festigkeit des Polykondensats zu, da die Ketten leichter Bereiche ausbilden können, in denen die Ketten parallel angeordnet sind.

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Frage

Wie stellt man aus Thermoplasten Kunstfasern her?

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Antwort

Thermoplast-Fasern werden durch Schmelzspinnen hergestellt. Dabei wird der heiße, zähflüssige Thermoplast durch feine Spinndüsen gepresst. Die entstehenden dünnen Fäden werden durch kalte Luft abgekühlt und erstarren dabei sehr schnell. Anschließend kann man die Fasern aufwickeln und weiter verarbeiten.

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