Polymer
Ein Polymer ist ein sehr großes Molekül, das aus vielen gleichen kleinen Bausteinen zu einer langen Kette verbunden ist. Plastik, Gummi, Nylon und auch Eiweiße oder Stärke sind Polymere.
Alle Stoffe bestehen aus Molekülen, also aus kleinen Verbänden von Atomen. Bei einem Polymer sind sehr viele gleichartige Bausteine zu einer langen Kette aneinandergehängt. Ein einzelner solcher Baustein heißt Monomer, und ein Polymer kann aus Tausenden davon bestehen. Man kann sich das wie eine Perlenkette vorstellen: einzelne Perlen sind unscheinbar, die lange Kette hat ganz neue Eigenschaften. Genau daher kommen Zähigkeit, Dehnbarkeit oder Formbarkeit von Plastik und Gummi. Polymere entstehen nicht nur in Fabriken, sondern auch in der Natur, zum Beispiel als Zellulose im Holz.
Warum Ketten aus Molekülen die Industrie verändert haben
Vor rund hundert Jahren waren Werkstoffe stark begrenzt: Holz, Metall, Glas, Stein, Leder. Mit Polymeren kam ein Material dazu, dessen Eigenschaften man gezielt einstellen kann. Je nach Bausteinen und Kettenlänge wird das Ergebnis hart wie ein Helm oder weich wie ein Gummiband. Es lässt sich außerdem in Formen gießen und in großen Mengen billig herstellen.
Deshalb stecken Polymere heute fast überall. Kabel sind mit ihnen isoliert, Flugzeuge werden durch Kunststoffteile leichter, Implantate in der Medizin bestehen aus ihnen. Auch Lacke, Klebstoffe und Verpackungsfolien sind Polymere. In der Chipherstellung braucht man spezielle lichtempfindliche Polymere, um feine Strukturen auf Siliziumscheiben zu übertragen.
Die Kehrseite ist die Haltbarkeit. Viele Kunststoffe zerfallen in der Umwelt erst nach Jahrhunderten. Ein häufiger Irrtum ist, Polymer sei einfach ein anderes Wort für Plastik. Plastik ist nur eine Gruppe von künstlichen Polymeren, während DNA und Eiweiße im Körper ebenfalls Polymere sind.
Wie aus Monomeren eine Kette wird
Der entscheidende Schritt heißt Polymerisation. Dabei öffnen sich Bindungen in den kleinen Bausteinen, und diese hängen sich aneinander. Oft braucht es dafür Wärme, Druck oder einen Katalysator, also einen Stoff, der die Reaktion beschleunigt, ohne selbst verbraucht zu werden. Aus dem Gas Ethen entsteht so Polyethylen, das Material vieler Einkaufstüten.
Wie sich die Ketten zueinander anordnen, bestimmt die Eigenschaften. Liegen sie ungeordnet durcheinander, ist das Material eher weich und biegsam. Liegen viele Ketten parallel und dicht, wird es fester und steifer. Werden die Ketten zusätzlich untereinander verknüpft, entsteht ein Netz, das nicht mehr schmilzt. Genau das passiert beim Vulkanisieren von Gummi für Autoreifen.
Man kann auch verschiedene Monomere mischen und so Eigenschaften kombinieren. Solche Mischketten nennt man Copolymere. Zusätzlich werden Weichmacher, Farbstoffe oder Glasfasern beigemischt. Dadurch wird aus einem Grundstoff eine ganze Familie von Werkstoffen.
Polymere in Nachrichten und im Alltag
Im Alltag erkennt man sie an Kürzeln auf Verpackungen. PET steht für den Kunststoff von Getränkeflaschen, PVC für Rohre und Fensterrahmen, PP für Joghurtbecher. Kleidung aus Polyester oder Fleece besteht ebenfalls aus Polymerfasern. Auch das Gehäuse eines Handys und die Beschichtung einer Pfanne gehören dazu.
In Wirtschaftsnachrichten tauchen Polymere meist über die Chemieindustrie auf. Konzerne wie BASF oder Dow verdienen Geld mit ihrer Herstellung, und die Preise hängen stark am Ölpreis, weil Erdöl der wichtigste Rohstoff ist. Neue Regeln gegen Einwegplastik oder Diskussionen über Mikroplastik betreffen unmittelbar diese Branche. Forschung an biologisch abbaubaren Polymeren und an besserem Recycling wird deshalb stark gefördert.
Auch in der Technikwelt spielen sie eine Rolle. Batterien nutzen Polymere als Elektrolyt oder als Trennschicht zwischen den Polen, 3D-Drucker verarbeiten Kunststofffäden, und biegsame Displays sitzen auf Polymerfolien. Wer den Begriff einordnen kann, versteht solche Meldungen deutlich schneller.