„Polyester“ – Versionsunterschied

Allgemeine Struktur von Polyestern

Links: Wiederholeinheit bei Polyestern, die aus Lactonen hergestellt werden. Diese Polyester sind Carbonsäureester. Rechts: Wiederholeinheit bei Polycarbonaten, dies 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.

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.

Wiederholeinheiten bei Copolymeren von Carbonaten und Carbonsäureestern (Polyestercarbonate). R2 steht für den „Rest“ der eingesetzten Dicarbonsäure, R1 für den „Rest“ der eingesetzten Dihydroxyverbindung.

Polyester ist ein blöder Stoff 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.

Natürliche Polyester sind seit etwa 1830 bekannt. 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] 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]

• Polyesterfaserstoffe (PEs) für Textilien und Vliesstoffe und Mikrofasern
• PET-Flaschen
• Folien, z. B. kopierfähige Folie für Tageslichtprojektoren, Basismaterial für flexible Leiterplatten (biaxial orientierte Polyester-Folien), Dielektrikum für Kondensatoren
• fotographische Filme (neben Cellulose-Triacetat, ist Polyester das wichtigste Trägermaterial)
• ungesättigte Polyesterharze für Gießharze und Faserverbundwerkstoffe
• als Alkydharze für Lacke
• Polyesterpolyole dienen als Rohstoff bei der Reaktion von Isocyanaten zu Polyurethanen.

• PBT: Polybutylenterephthalat, ein Polymer der Terephthalsäure
• PET: Polyethylenterephthalat, ein Polymer der Terephthalsäure
• PLA: Polylactid, das biologisch abbaubare Polymer der Milchsäure. Das Polymer der D-(−)-Milchsäure wird auch mit PDLA abgekürzt, das der L-(+)-Milchsäure mit PLLA. PDLLA ist die Poly-D,L-Milchsäure.^[4]
• PTT: Polytrimethylenterephthalat
• PEN: Polyethylennaphthalat
• PC: Polycarbonat, ein Ester der Kohlensäure
• PEC: Polyestercarbonat, sowie Carbonsäureester, als auch Ester der Kohlensäure
• PAR: Polyarylate, aromatische Polyester
• UP: ungesättigtes Polyesterharz

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

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 Hydroxygruppen-haltige Polyester erzeugen. Der Veresterungsgrad ist üblicherweise > 95 %, bestimmt durch eine begleitende Säurezahl-Bestimmung.

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.

Anstatt Carbonsäuren werden Carbonsäurechloride verwendet. Die Polykondensation geschieht so unter Abspaltung von Chlorwasserstoff (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.

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.

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

Stoffe oder künstliche Felle aus Polyester werden unter verschiedenen Handelsnamen vertrieben:^[5]

• Polarguard
• Thermolite
• Trevira
• Dacron
• Diolen
• Terylene
• Vestan
• Grisuten^[6]
• Tritan, ein Copolyester der Eastman Chemical, der sich – soweit bekannt – von den Alkoholen Ethylenglycol und 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-cyclobutandiol und der Säure Terephthalsäure ableitet.^[7] Er wird z.B. für Trinkflaschen verwendet und gilt dabei als weniger bedenklich als herkömmliches PET.^[8][9]

Wiktionary: Polyester – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Freie Universität Berlin – Polyester

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. ↑ Oskar Nuyken, Heidi Samarian, Ilse Wurdack: Polymere in der Medizintechnik. In: ChemgaPedia. ChemgaPedia der Wiley Information Services GmbH, S. 8, abgerufen am 30. August 2016. 
5. ↑ Fachuni Chemie Berlin – Kunststofftabelle (Polykondensate/Polyester).
6. ↑ Hinweis auf Grisuten als Warenzeichen der DDR.
7. ↑ Paul Dornath, Skip Rochefort: Analysis of “BPA-free” Tritan™ Copolyester Under High Stress Conditions. (PDF) Subsurface Biosphere Initiative der Oregon State University, abgerufen am 30. August 2016 (englisch). 
8. ↑ Andreas Winterer: Tritan: Trinkflasche aus Kunststoff ohne BPA – unbedenklich? Utopia GmbH München, 15. Juni 2016, abgerufen am 30. August 2016. 
9. ↑ Trinkwasserflaschen aus Tritan. Öko-Treff im Lichtental, abgerufen am 30. August 2016.