Polyester

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Allgemeine Struktur von Polyestern
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Links: Wiederholeinheit bei Polyestern, die aus Lactonen hergestellt werden. Diese Polyester sind Carbonsäureester. Rechts: Wiederholeinheit bei Polycarbonaten, sie sind Kohlensäureester (Carbonate). Sie sind oft Kondensate aus Dihydroxyverbindungen und Phosgen (Cl−(CO)−Cl). Die beiden unterschiedlichen Esterfunktionen sind blau gekennzeichnet. R steht für den „Rest“ der zur Synthese eingesetzten Verbindungen.
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Wiederholeinheiten von Polyestern, die aus Dicarbonsäuren und Dihydroxyverbindungen hergestellt werden. R1 steht für den „Rest“ der eingesetzten Dicarbonsäure, R2 für den „Rest“ der eingesetzten Dihydroxyverbindung.
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Wiederholeinheiten bei Copolymeren von Carbonaten und Carbonsäureestern (Polyestercarbonate). R2 steht für den „Rest“ der eingesetzten Dicarbonsäure, R1 für den „Rest“ der eingesetzten Dihydroxyverbindung.

Polyester sind Polymere mit Esterfunktionen –[–CO–O–]– in ihrer Hauptkette. Zwar kommen auch in der Natur Polyester vor, doch heute versteht man unter Polyester eher eine große Familie synthetischer Polymere (Kunststoffe), zu denen die viel verwendeten Polycarbonate (PC) und vor allem das technisch wichtige, thermoplastische Polyethylenterephthalat (PET)[1] gehören. Eine weitere Form ist das duroplastische ungesättigte Polyesterharz (UP), welches als preisgünstiges Matrixharz im Bereich Faserverbundkunststoffe verwendet wird. Außerdem lassen sich aromatische Polyester zu flüssigkristallinen Polymerketten anordnen, wodurch sich das Eigenschaftsprofil eines Hochleistungskunststoffes ergibt.

Geschichte[Bearbeiten]

Der erste synthetische Polyester Glycerinphthalat wurde im Ersten Weltkrieg als Imprägnierungsmittel verwendet; Alkydharze kamen als Glyptal bei General Electric in den 1920er Jahren auf den Markt.[2] Natürliche Polyester sind seit etwa 1830 bekannt. Als Textilfaser wurden sie in der Gruppe von Wallace Hume Carothers bei DuPont entwickelt, allerdings waren diese noch nicht hitzebeständig, was erst John Rex Whinfield Anfang der 1940er Jahre in England gelang. Die erste solche Faser wurde bald nach dem Zweiten Weltkrieg als Terylene bei Imperial Chemical Industries produziert.[3]

Anwendungen[Bearbeiten]

Flexible Leiterplatte aus Polyester (Mylar) mit Bauteilen und einer Kontaktstruktur für eine Bedientaste; rechts: Oberseite, links: Unterseite
Polyesterpolyol: Sauerstoffatome der Ester-Brücken und das Kohlenstoffatom der Carbonylgruppe des Esters sind blau markiert. Endständig die Hydroxygruppen, die zur Polyurethan-Herstellung essentiell sind.

Kurzbezeichnungen[Bearbeiten]

Synthese[Bearbeiten]

Allgemein erfolgt die Polyestersynthese in einer Polykondensationsreaktion oder durch ringöffnende Polymerisation.

Azeotrope Veresterung[Bearbeiten]

Die Azeotrope Veresterung ist eine klassische (Labor)-Methode, bei der ein Alkohol und eine Carbonsäure zu einem Carbonsäureester reagieren. Um ein Polymer aus Diol und Dicarbonsäure herzustellen, muss das bei der Reaktion entstehende Wasser ständig durch azeotrope Destillation entfernt werden, um das chemische Gleichgewicht auf die Esterseite zu verschieben. Die Reaktion wird von Titan- oder Zinn(IV)-alkoholaten bei 180-240°C katalysiert. Man kann ca. 2% Xylol als Wasserschlepper zusetzen. Durch geeignete Wahl der Edukte kann man Hydroxylgruppen-haltige Polyester erzeugen. Der Veresterungsgrad ist üblicherweise >95%, bestimmt durch eine begleitende Säurezahl-Bestimmung.

Umesterung[Bearbeiten]

Bei der Umesterung wird ein Diol in der Schmelze am Katalysatorkontakt mit einem Dicarbonsäureester (z.B. Dimethylterephthalat) umgesetzt. Mit dieser Methode werden die Massenkunststoffe Polybutylenterephthalat (PBT) und Polyethylenterephthalat (PET) hergestellt.

Salzsäuremethode[Bearbeiten]

Anstatt Carbonsäuren werden Carbonsäurechloride verwendet. Die Polykondensation geschieht so unter Abspaltung von Salzsäure (HCl) anstelle von Wasser. Diese Acylierungsmethode kann in Lösungsmitteln, als Interphasen- oder als Schmelzreaktion erfolgen.

Silylmethode
In dieser Variante der Salzsäuremethode wird das Carbonsäurechlorid mit dem Trimethylsilylether der Alkoholkomponente umgesetzt; es wird Trimethylsilylchlorid abgespalten.

Acetatmethode (Umesterung)[Bearbeiten]

In dieser nur für phenolische Hydroxygruppen geeigneten Methode reagiert die Säure mit der bereits mit Essigsäure veresterten Alkoholkomponente. Bei der Kondensation entsteht Essigsäure, die nicht so einfach wie Wasser oder Salzsäure zu entfernen ist, wodurch der pH-Wert sinkt, und es häufig zu sauren Nebenreaktionen kommt.

Silylacetatmethode
In dieser Variante der Acetatmethode wird nicht die Carbonsäure, sondern deren Trimethylsilylester verwendet. Es entsteht der Essigsäuretrimethylsilylester, der nicht sauer ist.

Ringöffnende Polymerisation[Bearbeiten]

Bei der ringöffnenden Polymerisation können aus Lactonen über anionische, kationische oder koordinative Kettenpolymerisation ohne Kondensationsreaktion unter sehr milden Bedingungen aliphatische Polyester hergestellt werden.

Handelsnamen[Bearbeiten]

Stoffe oder künstliche Felle aus Polyester werden unter verschiedenen Handelsnamen vertrieben:[4]

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Joachim Buddrus: Grundlagen der Organischen Chemie. Walter de Gruyter Verlag, Berlin, 4. Auflage, 2011, S. 901, ISBN 978-3-11-024894-4.
  2. Charles Carraher: Polyesters, Chemistry explained.
  3. Artikel Whinfield, Lexikon bedeutender Chemiker, Harri Deutsch, 1989.
  4. Fachuni Chemie Berlin – Kunststofftabelle (Polykondensate/Polyester).
  5. Hinweis auf Grisuten als Warenzeichen der DDR.