Transparente Kunststoffe

Noch keine 100 Jahre ist es her, dass transparente Kunststoffe erforscht wurden. Bei ihnen handelt es sich nicht um Gläser, dennoch hat die Kombination von Glas mit transparenten Kunststoffen besondere Möglichkeiten eröffnet. Ein Beispiel hierfür ist die Entwicklung von Verbundsicherheitsglas (VSG), das aus mindestens zwei Glasscheiben besteht, die mit einer Hochpolymerfolie so miteinander verbunden sind, dass bei Bruch der Scheiben die Bruchstücke an der Folie haften bleiben.

Gallerie

Im Bauwesen kommen insbesondere Acrylglas und Polycarbonat als tragende Baustoffe zum Einsatz. Daneben finden überwiegend folgende Materialien als transparente Kunststoffe Verwendung:

  • Acrylglas (Polymethylmetacrylate, PMMA)
  • Polycarbonat (PC)
  • Polyvinylchlorid (PVC)
  • Polystyrol (PS)
  • Polyphenylenether (PPO)
  • Polyethylen (PE)
Entscheidend für die Herstellung der Kunststoffe ist die Bildung von Makromolekülen. Dabei unterscheidet man zwischen Polymerisation, Polyaddition und Polykondensation. Bei der Polymerisation reagieren ungesättigte Monomere in einer Kettenreaktion, die durch Initiatoren wie Radikale oder Ionen ausgelöst wird, zu thermoplastischen Kunststoffen. Bei der Polyaddition reagieren Monomere unter Druck und Hitze und Anwesenheit eines Katalysators zu einem langkettigen Polymer. Bei der Polykondensation entsteht neben einem Makromolekül ein weiterer Stoff durch Abspaltung (z.B. Wasser). Durch eine bessere Verknüpfung der einzelnen Ketten miteinander sind Polykondensate meist steifer.

Thermoplaste können durch Polyaddition, Polykondensation oder Polymerisation hergestellt werden, Duroplaste nur durch Polykondensation und Polyaddition. Thermoplaste werden im Unterschied zu Duroplasten bei Hitzeeinwirkung weich und können generell leichter verarbeitet werden.

Die Vorteile der transparenten Kunststoffe gegenüber Glas liegen insbesondere im geringeren spezifischen Gewicht, das nur rund die Hälfte des Glases beträgt. Auch andere Materialeigenschaften sind gezielt einstellbar. Kunststoffe sind zudem wesentlich einfacher zu bearbeiten als Glas. Nachteilig wirkt sich der im Vergleich zu Glas geringe Elastizitätsmodul und die geringe Oberflächenhärte sowie der massive Festigkeitsabfall bei Temperaturen ab ca. 70°C und das Brandverhalten aus. Zu beachten ist ferner die starke Zeitabhängigkeit der Festigkeit und die Versprödung durch Alterung der meisten verwendeten Kunststoffe.

Acrylglas
Der bekannteste transparente thermoplastische Kunststoff ist das Acrylglas, das Ende der 1920er Jahre in den Laboratorien des Unternehmens Röhm entwickelt wurde und heute z.B. unter den Markennamen Plexiglas oder Perspex vertrieben wird. Acrylglas ist ein Hochpolymer-Kunststoff (Polymethylmethacrylat, PMMA), das durch Polyaddition der Methylmethacrylaten-Monomere unter Wirkung eines Peroxides als Katalysator hergestellt wird. Üblicherweise werden die Monomere bis zur Entstehung einer dickflüssigen Masse aufgeheizt und in eine Form gegeben, die aus zwei Glasplatten und einem Abstandhalter besteht, der die Dicke bestimmt. Die vollständige Polymerisation erfolgt in einem Ofen. Das Polymer erhält durch die Glasoberflächen seine glatte Oberfläche, die bei der gegossenen Form des Acrylglases ausgezeichnet ist.

Das Material ist in Form von Massivplatten, Blöcken, Rohren oder Stäben in Dicken von 1,5 bis 150 mm lieferbar. Bei der extrudierten Form erreicht man eine gute Oberflächenbeschaffenheit und stellt sowohl Massivplatten, als auch Rohre, Stegplatten und Wellplatten her. Hier sind Massivplatten von 1,5 bis 25 mm Dicke und Stegplatten in Dicken von 16 bis 32 mm erhältlich. Die Standardformate sind 3,00  x 2,00 m bei gegossenem Acrylglas und 4,00 x 2,00 m bei extrudiertem. Es kann mit unterschiedlichen Färbungen in der Masse eingefärbt werden.

Polycarbonate
Polycarbonate (PC) sind Polyester der Carbonsäure. Bei transparenten Polycarbonaten entsteht unter Verwendung von Carbonylchlorid durch Polykondensation ein Polymer aus Bi-Phenol-Acetonen und dem Karbonat. Dabei entsteht Salzsäure als Nebenprodukt. Polycarbonate sind thermoplastische Kunststoffe mit einer sehr starken Netzwerkstruktur. Sie sind daher wesentlich schlagzäher, thermisch und chemisch beständiger, aber auch spröder als Acrylglas. Bei Ihrer Verbrennung entstehen keine giftigen Gase, sondern nur CO₂ und CO. Neben geringerer UV-Beständigkeit ist ein weiterer Nachteil gegenüber Acrylglas, dass dieses Material um das 1,5-fache teurer ist. Polycarbonat, das z.B. unter dem Markennamen Makrolon bekannt ist, wird extrudiert und zu Massivplatten oder Stegplatten verarbeitet. Es ist in Dicken von 1 bis 12 mm bei Massivplatten und 6 bis 25 mm bei Stegplatten in Standardformaten bis 4,00 x 2,00 m erhältlich. Auch glasfaserverstärkte Polycarbonate werden hergestellt. Diese werden im Fahrzeug- und Behälterbau verwendet, sind aber nur durchscheinend.

Einsatz von Acryl- oder Polycarbonatplatten
Als sogenannte Lichtplatten sind Acryl- und Polycarbonatplatten für räumliche Situationen bestimmt, die zwar tageslichtversorgt sein sollen, jedoch nur geringe Ansprüche an Wärmedämmung und Ausblick stellen. Ihre Einsatzgebiete sind beispielsweise Hallenlichtbänder in Dächern oder Fassaden von Industriegebäuden, Rampenüberdachungen oder Carports sowie Gewächshäuser. Lichtplatten können ein- oder mehrschalig aufgebaut sein. Die Mehrschaligkeit wird durch eine Zwischenlage mit waben- oder prismenförmiger Hohlkammerstruktur aus gleichem Material erreicht. Sie sorgt durch die Lufteinschlüsse für eine verbesserte Dämmeigenschaft sowie für eine geringere Blendwirkung bei direkter Sonneneinstrahlung. Die Durchsichtmöglichkeit wird jedoch durch den Schichtenaufbau verringert. Je nach Beschaffenheit und Anzahl der Kunststofflagen sind Lichtplatten transparent bis transluzent und weisen unterschiedliche Intensitäten bei der Lichtstreuung auf.

Sowohl Acrylglas als auch Polycarbonat können sehr gut mit geeigneten, transparenten Klebstoffen untereinander verklebt werden. Beide Baustoffe können sowohl kaltverformt als auch warmverformt werden. Bei der Warmverformung ist darauf zu achten, dass die Platten zur Reduzierung der Eigenspannungen vor dem Ausschalen aus der Form getempert werden müssen.

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