Was ist Polyesterharz?
Polyesterharze sind ein Oberbegriff für Polymere mit Estergruppen in der Hauptkette. Es wird durch Dehydratationskondensation von mehrbasigen Säuren und mehrwertigen Alkoholen gewonnen, und es werden verschiedene Polyesterharze mit unterschiedlichen Rohstoffmonomeren angeboten. Ein typisches Beispiel ist Polyethylenterephthalat (PET), das für Getränkebehälter verwendet wird.
Ungesättigte Polyester mit ungesättigten Bindungen in der Hauptkette werden ebenfalls verwendet, z. B. faserverstärkte Kunststoffe (FRP), die durch Mischen von Glas- oder Kohlenstofffasern mit Harzen wie ungesättigten Polyestern hergestellt werden und als Baumaterialien, Flugzeug- und Raketenteile eingesetzt werden.
In jüngster Zeit wurden auch andere biologisch abbaubare Polyesterharze entwickelt, um die Auswirkungen auf die Umwelt zu verringern, wobei Polymilchsäure ein typisches Beispiel ist. Es wird erwartet, dass Polymilchsäure ein Material mit geringen Umweltauswirkungen sein wird, da seine Hauptketten durch ultraviolettes Licht und Wasser leicht zersetzt werden und die Abfälle sich in der Umwelt zersetzen.
Anwendungen von Polyesterharzen
Polyesterharze sind ein Oberbegriff für Polymere mit Estergruppen in der Hauptkette. Ein typisches Beispiel ist Polyethylenterephthalat (PET), das eine ausgezeichnete Hitze- und Kältebeständigkeit aufweist und für Getränkebehälter verwendet wird. Polyesterharze werden auch als Fasern verwendet, und neben PET werden auch Polybutylenterephthalat (PBT) und Polytrimethylenterephthalat (PTT) als Polyesterfasern eingesetzt.
Es gibt auch andere ungesättigte Polyesterharze mit ungesättigten Bindungen im Molekül. FRP wird in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, darunter in Flugzeugen und anderen Transportmitteln, Baumaterialien, Sportartikeln und Raumfahrtkomponenten wie Raketen.
Herstellungsverfahren für Polyesterharze
Polyesterharze werden durch eine Polymerisationsreaktion gewonnen, bei der die Carbonsäure COOH und der Alkohol OH dehydrieren und kondensieren, um Esterbindungen zu bilden. Es gibt zwei Herstellungsverfahren: das Esteraustauschverfahren unter Verwendung von Dimethylterephthalat als Rohstoff und das Direktpolymerisationsverfahren unter Verwendung von Terephthalsäure als Rohstoff, wobei gegenwärtig das Direktpolymerisationsverfahren am häufigsten verwendet wird.
Früher wurden Antimonkatalysatoren als Katalysatoren für die Polymerisation verwendet, aber man ist zu neuen Katalysatoren übergegangen, die ohne Schwermetalle auskommen, und derzeit werden Titan- und Germaniumkatalysatoren verwendet. Diese neuen Katalysatoren werden noch von verschiedenen Unternehmen entwickelt.
Ungesättigte Polyesterharze werden durch Mischen eines polymerisierbaren Vinylmonomers mit einem Basispolymer gewonnen, das durch die Polymerisationsreaktion einer mehrbasigen Säure und eines mehrwertigen Alkohols durch Dehydrationskondensation und radikalische katalytische Polymerisation entsteht. Als Monomere werden Bisphenol und andere Monomere verwendet, wobei die Eigenschaften des Harzes je nach der chemischen Struktur des Monomers stark variieren.
Stabilität und Recycling von Polyesterharzen
Polyesterharze sind stabilere Materialien als andere Harze. Polyethylenterephthalat (PET) hat beispielsweise eine ausgezeichnete Hitze- und Chemikalienbeständigkeit. Andererseits hat PET Esterbindungen, die in alkalischen wässrigen Lösungen zu Hydrolysereaktionen führen. Außerdem kommt es bei hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit zu einer Hydrolysereaktion mit neutralem Wasser, sodass seine Anwendung für das PET-Recycling in Betracht gezogen wird.
Andere Polyesterharze mit biologisch abbaubaren Funktionen werden ebenfalls aktiv entwickelt, wobei die Polymilchsäure ein repräsentatives Harz ist. Die Hydrolyse der Hauptkette von Polymilchsäure wird durch ultraviolettes Licht und Wasser beschleunigt, was zu einer schnellen Abnahme des Molekulargewichts führt. Dies bedeutet, dass es nach der Verwendung zersetzt und neu geformt werden kann, und dass Abfälle auf natürliche Weise zersetzt werden können, ohne Rückstände in der Umwelt zu hinterlassen.