Polyphenylenether

Grundlagen

Polyphenylenether ist ein hochtemperaturbeständiger, thermoplastischer Kunststoff. Das Kurzzeichen ist PPE; weitere Namen sind Poly(oxy-2,6-dimethyl-1,4-phenylen), Polyether und früher Polyphenylenoxid beziehungsweise PPO. Die frühere Bezeichnung Polyphenylenoxid gilt als falsch, weil der Stoff kein Oxid, sondern ein Ether ist. Ein Ether ist eine Verbindung, bei der Sauerstoff zwei organische Reste verbindet.

Die allgemeine Formel lautet (C8H8O)n. Das Monomer, also der Ausgangsbaustein des Polymers, ist 2,6-Xylenol beziehungsweise 2,6-Dimethylphenol. Die Wiederholeinheit hat die Summenformel C8H8O und eine molare Masse von 120,15 g·mol−1. PPE ist fest, hat eine Dichte von 1,06 g·cm−3 und gehört zu den Thermoplasten, also Kunststoffen, die beim Erwärmen formbar werden.

Entwicklung und Bedeutung

Polyphenylenether wurde 1956 von Allan S. Hay entdeckt und seit 1960 von General Electric auf den Markt gebracht. Zunächst galt PPE als einer der kostengünstigsten hochtemperaturbeständigen Kunststoffe.

Die Verarbeitung von reinem PPE war jedoch schwierig. Außerdem nahmen Schlagzähigkeit und Temperaturbeständigkeit mit der Zeit ab. Diese Nachteile konnten durch Mischung mit Polystyrol ausgeglichen werden. Solche Mischungen werden Blends genannt. Durch Blending lassen sich die Eigenschaften gezielt verändern. Ende der 1960er Jahre kamen modifizierte PPE-Produkte unter dem Handelsnamen Noryl auf den Markt.

Eigenschaften

PPE ist ein amorpher Hochleistungskunststoff. Amorph bedeutet, dass die Molekülketten nicht regelmäßig kristallin geordnet sind. Die Glasübergangstemperatur liegt bei 215 °C. Die Glasübergangstemperatur ist die Temperatur, bei der ein amorpher Kunststoff von einem harten, glasartigen Zustand in einen weicheren Zustand übergeht.

Durch Mischung mit Polystyrol kann die Glasübergangstemperatur in einem weiten Bereich verändert werden. Auch andere Eigenschaften lassen sich stark beeinflussen, zum Beispiel durch Modifizierung oder durch Füllstoffe wie Glasfasern. Angegeben sind außerdem ein Elastizitätsmodul von 2000 MPa für Vestoran 1090 und Beständigkeit gegenüber verdünnten Säuren, starken Laugen, Alkohol und Detergenzien. Für PPE sind keine GHS-Piktogramme sowie keine H- und P-Sätze angegeben.

Herstellung

Technisch wird Polyphenylenether durch oxidative Kupplung von 2,6-Dimethylphenol hergestellt. Dabei wird 2,6-Xylenol mit Kupfer(I)- oder Kupfer(II)-chlorid in Pyridin und unter Anwesenheit von Luftsauerstoff umgesetzt.

Bei Verwendung von Kupfer(I)-chlorid wird dieses zuerst durch Luftsauerstoff zu Kupfer(II)-chlorid oxidiert. Danach findet eine Einelektronenübertragung vom 2,6-Xylenol auf Kupfer(II)-chlorid statt; das Kupfer(II)-chlorid wird dabei zu Kupfer(I)-chlorid reduziert. Der Luftsauerstoff oxidiert die reduzierte Kupferspezies wieder zu Kupfer(II)-chlorid.

Aus zwei 2,6-Xylenolradikalen kann ein Dimer entstehen. Dieses Dimer kann erneut durch Einelektronenübertragung ein Radikal bilden und mit einem weiteren 2,6-Xylenolradikal reagieren. Diese Reaktion kann sich n-mal wiederholen. Weil Wasser als Kondensationsprodukt entsteht, handelt es sich um eine Polykondensationsreaktion.

Verwendung und Verarbeitung

Reines PPE wird kaum verwendet. In der Praxis wird es überwiegend als Blend mit Polystyrol, schlagzähem Styrol-Butadien-Copolymer oder Polyamid eingesetzt. PPE-Blends werden für Formteile im Elektronik-, Haushalts- und Fahrzeugsektor genutzt, besonders wenn hohe Wärmeformbeständigkeit, Dimensionsstabilität und Maßhaltigkeit wichtig sind.

Auch in der Medizintechnik werden PPE-Blends eingesetzt, zum Beispiel für Kunststoffinstrumente, die häufig sterilisiert werden müssen. Wichtige Eigenschaften dieser Blends sind Heißwasserbeständigkeit bei geringer Wasseraufnahme, hohe Schlagzähigkeit, halogenfreier Brandschutz und geringe Dichte.

Die Verarbeitung erfolgt durch Spritzgießen oder Extrusion. Je nach Typ liegt die Verarbeitungstemperatur zwischen 260 °C und 300 °C. Die Oberfläche kann bedruckt, heißgeprägt, lackiert oder metallisiert werden. Verschweißungen sind mit Heizelement-, Reib- oder Ultraschallschweißen möglich. Außerdem kann PPE mit halogenierten Lösemitteln oder verschiedenen Klebstoffen verklebt werden.

Handelsnamen und Normen

Polyphenylenether wird unter verschiedenen Handelsnamen angeboten, meist als Blend mit anderen Kunststoffen. Beispiele sind Artley (PPE + PE) von Sumitomo Chemical, Luranyl (PPE + PS) von ROMIRA, Noryl (PPE + PS), Noryl EF (PPE + EPS) und Noryl GTX (PPE + PA) von SABIC, Ultranyl (PPE + PA) von BASF, Vestoran (PPE + PS) von Evonik Degussa sowie Xyron in verschiedenen Kombinationen von Asahi Kasei.

Genannte Normen sind ASTM D 4349–1996 für Polyphenylenether-(PPE)-Materialien und DIN EN ISO 28941-1 „Kunststoffe – Polyphenylenether (PPE)-Formmassen – Teil 1: Bezeichnungssystem und Basis für Spezifikationen“ aus dem Jahr 2008.