Wie ist die Strukturformel von Elastomeren aufgebaut?
Elastomere sind eine Gruppe verschiedener Werkstoffe und haben als solche keine einheitliche Strukturformel. Elastomere verfügen über eine spezifische Kohlenstoffhauptkette, die sich in mehreren tausend Einheiten wiederholt. Diese Hauptketten werden während der Vulkanisation durch die Zugabe einer Vernetzungschemikalie vernetzt und erhalten dadurch ihre elastischen Eigenschaften.
Die nachfolgende Tabelle zeigt die Strukturformeln verschiedener Basispolymere mit weiteren Informationen in den verlinkten Wissensbeiträgen:
| Kautschuk | Wiederholungseinheit (vereinfacht) | Hauptkette |
|---|---|---|
| NR – Naturkautschuk | –[CH₂–C(CH₃)=CH–CH₂]ₙ– | ungesättigt |
| CR – Chloropren-Kautschuk | –[CH₂–C(Cl)=CH–CH₂]ₙ– | ungesättigt |
| NBR – Nitril-Butadien-Kautschuk | –[CH₂–CH=CH–CH₂]ₘ–[CH₂–CH(CN)]ₙ– | ungesättigt |
| HNBR – Hydrierter Nitrilkautschuk | –[CH₂–CH₂–CH₂–CH₂]ₘ–[CH₂–CH(CN)]ₙ– | weitgehend gesättigt |
| EPDM – Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk | –[CH₂–CH₂]ₖ–[CH₂–CH(CH₃)]ₘ–[Dien]ₙ– | gesättigt |
| FKM – Fluorkautschuk | –[CH₂–CF₂]ₘ–[CF₂–CF(CF₃)]ₙ– | gesättigt, fluoriert |
| VMQ – Silikonkautschuk | –[Si(CH₃)₂–O]ₙ– | Silizium-Sauerstoff |
| TPE-S (z. B. SEBS) | PS–[Ethylen/Butylen]–PS | Blockcopolymer |
Was verrät die Strukturformel über die Eigenschaften?
Die Hauptkette bestimmt, wie gut ein Elastomermaterial altert und welchen Temperaturen es standhält. Naturkautschuk (NR) und Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) enthalten Doppelbindungen in der Hauptkette, sind deshalb anfälliger für Bewitterung und Ozon und neigen unter Dehnung zur Ausbildung feiner Risse. Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) hat eine gesättigte Hauptkette und ist deshalb ozon- und witterungsbeständig. Silikonkautschuk (VMQ) kommt aufgrund einer Silizium-Sauerstoff-Kette mit einem besonders breiten Temperaturbereich zurecht.
Die Seitengruppen bestimmen, wie polar ein Elastomer ist und wie stark es in Ölen quillt. Bei Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) sorgt die polare Nitrilgruppe für die typische Beständigkeit gegen Mineralöl. Mehr Acrylnitril verbessert die Ölbeständigkeit von NBR, macht den Werkstoff bei Kälte aber steifer. Bei Fluorkautschuk (FKM) schirmen die Fluoratome die Kohlenstoffkette ab und machen den Werkstoff gegen viele Chemikalien unempfindlich.
Die Vernetzungsbrücken bestimmen, wie gut ein Elastomer nach einer Verformung in seine Ausgangsform zurückkehrt. Peroxidvernetztes EPDM ist über direkte Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen verknüpft und weist daher einen geringeren Druckverformungsrest auf als konventionell schwefelvernetztes EPDM. Die längeren Schwefelbrücken im schwefelvernetzten EPDM lagern sich bei Wärme um, sodass das Bauteil teilweise verformt bleibt.
