Polyaddition
Bei der Polyaddition reagieren Monomere, die zwei oder mehr funktionelle Gruppen aufweisen, miteinander zu Makromolekülen, wobei es bei der Bindungsknüpfung zur Umlagerung eines Wasserstoffatoms kommt. Im Gegensatz zur Polykondensation entstehen hierbei keine Reaktionsnebenprodukte.
Wichtige Polyaddukte, d.h. Polymere, die durch Polyaddition hergestellt wurden, sind Epoxidharze, Polyurethane und Polyharnstoffe.
Polyurethane, Polyharnstoffe und Epoxidharze werden durch Polyadditionsreaktionen hergestellt. Als Monomere dienen Verbindungen, die mindestens zwei funktionelle Gruppen aufweisen. Werden diese miteinander verknüpft, wird ein Wasserstoffatom umgelagert, es findet aber im Gegensatz zur Polykondensation keine Abspaltung von niedermolekularen Verbindungen wie Wasser oder Chlorwasserstoff statt.
Polyurethane
Urethane sind Amide der Kohlensäure. Als Monomere für die Herstellung von Polyurethane n werden Diisocyanate und Diole eingesetzt, die in einer Polyadditionsreaktion über Urethan-Brücken (- NH - CO - O -) miteinander verknüpft werden. Dabei wird die Hydroxy-Gruppe an die Isocyanat - Gruppe (- N = C = O) addiert, und zwar ausschließlich an die Kohlenstoff-Stickstoff-Bindung, sodass eine neue Bindung zwischen dem Sauerstoffatom der Hydroxy-Gruppe und dem Kohlenstoffatom der Isocyanat-Gruppe gebildet wird.
Das Wasserstoffatom der Hydroxy-Gruppe wandert anschließend zum Stickstoffatom der Isocyanatgruppe.
Da Isocyanate mit Wasser zu Kohlenstoffdioxid reagieren, kann man durch Wasserzugabe ein Aufschäumen der Polyurethane erreichen (Bild 2).
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Aufschäumen von Bauschaum (entsprechender Schulversuch)
Heinz Mahler, Berlin
Genau wie die OH-Gruppe der Alkohole kann auch die NH-Gruppe von Aminen an das Isocyanat addiert werden. Dabei entstehen als Reaktionsprodukte Kohlensäurediamide (R - NH - CO - NH - R'). Diese Reaktion kann man zweifach nutzen. Einerseits lassen sich auf diese Weise in einer Polyadditionsreaktion Polyharnstoffe herstellen (Bild 3).
Andererseits wird diese Reaktion für die gezielte Vernetzung der Polyurethane genutzt, indem man bei der Synthese einen Überschuss Diisocyanat zufügt. Dieses reagiert mit den reaktiven Amino-Gruppen der unvernetzten Polyurethanketten und verknüpft diese miteinander.
Keine andere Kunststoffgruppe eröffnet so vielfältige Einsatzgebiete. Je nach verwendeten Ausgangsstoffen erhält man unterschiedlich vernetzte Polyurethane: Setzt man ein Diol und ein Diisocyanat als Monomere ein, so entstehen lineare Polyurethane, ist mindestens eine Komponente trifunktionell, werden räumlich vernetzte Duromere gebildet. Wie oben gesagt, ist auch die nachträgliche räumliche Vernetzung linearer Polyurethane möglich, indem ein Überschuss an Isocyanat eingesetzt wird.
Dementsprechend vielseitig sind die Verwendungsmöglichkeiten . Polyurethane eignen sich beispielsweise für die Herstellung von Schaumstoffen, Elastomeren, Lacken, Klebstoffen und Fasern.
Ob weich, hart, offen- oder geschlossenporig, sogar mit einer Porengröße nach Wunsch können sie gefertigt werden, abhängig von der Beschaffenheit und dem Mengenverhältnis der bei der Polyaddition eingesetzten Monomere.
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Synthese von Polyharnstoffen
Epoxidharze
Epoxidharze (Epoxyharze) sind Polyadditionsprodukte von Epoxiden mit Alkoholen, Aminen oder Carbonsäuren. Der Großteil wird auf Basis von 2,2-Di(4-hydroxyphenyl)propan und Epichlorhydrin hergestellt. Diese Monomere werden zunächst zu langkettigen Bis-Epoxiden verknüpft.
Diese Bis-Epoxide werden anschließend durch Zugabe von Aminen oder Carbonsäuren in einer Additionsreaktion räumlich vernetzt und somit gehärtet.
Die noch nicht ausgehärteten Epoxidharze sind zähflüssig und lassen sich daher relativ gut verarbeiten. Weil außerdem das Härten je nach Zusammensetzung des Harzes sehr langsam verläuft und Epoxidharze gut auf Metallen und Keramik haften, eignen sie sich insbesondere als Klebstoffe oder Anstrichstoffe.
Verbundstoffe, in denen Epoxidharze durch Glas- oder Carbonfasern verstärkt sind, werden z. B. im Bootsbau oder zum Bau von Leichtflugzeugen verwendet.
