Phenoplaste und Aminoplaste

Mit Methanal (Formaldehyd) als Monomer lassen sich durch Polykondensation mehrere Kunststoffsorten herstellen. Diesen ist gemeinsam, dass sie typische Duroplaste sind, sie sind also räumlich vernetzt und somit hart und unschmelzbar (Bild 1).
Unterscheiden lassen sich zwei Arten solcher Formaldehydharze , je nachdem, mit welchen weiteren Monomeren man Formaldehyd reagieren lässt: Setzt man Phenole als zweite Komponente ein, erhält man Phenoplaste, verwendet man Amine, entstehen Aminoplaste. Letztere können ebenfalls in zwei Gruppen eingeteilt werden: Harnstoffharze (UF) erhält man durch die Kondensation von Harnstoff (engl. urea) und Formaldehyd, Melaminharze (MF) durch Einsatz von Melamin anstelle von Harnstoff (Bild 2).

Phenoplaste

Die Kondensationsprodukte aus Phenolen (Hydroxybenzen oder 1,3-Dihydroxybenzen) und Methanal (Formaldehyd) waren die ersten vollsynthetischen Kunststoffe überhaupt.
Der erste echte Kunststoff, Bakelit , wurde1909 von L. H. BAKELAND aus Phenol und Formaldehyd synthetisiert und nach ihm benannt. Man fertigte daraus beispielsweise Radiogehäuse und Steckdoseneinsätze. Aus diesem mit Fasern verstärkten Duroplast wurde auch die Karosserie des Pkw Trabant hergestellt.
Die Bildung von Phenoplasten kann man sich als elektrophile Addition des Methanals an das Phenol vorstellen. Dabei entsteht zunächst ein Benzylalkohol.

Dieser Benzylalkohol kann selbst wieder ein Phenolmolekül elektrophil angreifen. Unter Abspaltung von Wasser entsteht bei dieser Reaktion das über eine $C{H}_2-Brücke$ verbundene Dimer:

Aminoplaste

Seit Ende der 30er-Jahre werden Aminoplaste in großem Maßstab gefertigt. Gegenüber den eng verwandten Phenolharzen haben sie den großen Vorteil, dass sie bei ähnlichen Eigenschaften keine störende gelbliche bis braune Eigenfarbe besitzen und zudem durch Zusatz von geeigneten Farbstoffen leicht und preiswert eingefärbt werden können.

Man unterscheidet im wesentlichen zwei große Gruppen, die Harnstoffharze (UF) und die Melaminharze (MF).

Harnstoffharze

Harnstoffharze werden durch Umsetzung von überschüssigem Methanal (Formaldehyd) mit Harnstoff (Stoffmengenverhältnis ca. 2:1) gewonnen. Im schwach basischen Milieu wird die Aminogruppe an das Methanal addiert:

Bei sinkenden pH-Werten wird aus dem Zwischenprodukt 1, das durch Wasserstoffbrückenbindungen stabilisiert wird, Wasser abgespalten. Daher zählt man die Bildung der Aminoplaste auch zu den Polykondensationsreaktionen.

Die entstehenden Carbo-Kationen reagieren mit nucleophilen N-Atomen, hier also mit den freien $N{H}_2-Gruppen$ im Zwischenprodukt 1, und bilden zunächst lineare Oligomere.

Bei weiter sinkenden pH-Werten (<5) nimmt die Bildung der Carbo-Kationen deutlich zu, sodass auch bereits substituierte NH-Gruppen in den linearen Ketten erneut substituiert werden können. Dies führt zur dreidimensionalen Vernetzung und Ausbildung eines typischen Duroplasten:

Melaminharze:
Melaminharze werden auf dem gleichen Weg synthetisiert wie die Harnstoffharze. Man verwendet lediglich Melamin (Triaminotriazin) an Stelle von Harnstoff als Monomer.