Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer

Strukturformel
Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer.svg
Allgemeines
Name Acrylnitril-Butadien-Styrol
Andere Namen
  • Poly(acrylnitril-co-butadien-co-styrol)
  • ABS
CAS-Nummer 9003-56-9
Monomere/Teilstrukturen Acrylnitril, Butadien und Styrol
Art des Polymers

Copolymer

Kurzbeschreibung

farbloser bis grauer Feststoff

Eigenschaften
Aggregatzustand

fest

Dichte

1,03 bis 1,07 g·cm−3

Härte

70–80 Shore-Härte[1]

Elastizitätsmodul

1900–2700 MPa (DIN 53457)

Löslichkeit
  • unlöslich in Wasser, Ethanol, Mineralölen[2]
  • löslich in Aceton, Methylethylketon, Dichlormethan[2]
Zugfestigkeit

32 bis 56 N · mm−2

Wärmeleitfähigkeit

0,18 W · m−1 · K−1

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [3]
07 – Achtung

Achtung

H- und P-Sätze H: 302​‐​315​‐​319​‐​335
P: 261​‐​305+351+338 [3]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (Kurzzeichen ABS) sind thermoplastische Terpolymere aus den drei Monomeren Acrylnitril, 1,3-Butadien und Styrol. Die Mengenverhältnisse der eingesetzten Monomere variieren von 15–35 % Acrylnitril, 5–30 % Butadien und 40–60 % Styrol.

Herstellung

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ABS wird großtechnisch durch Pfropfcopolymerisation hergestellt.[4] Bei durch Pfropfcopolymerisation hergestelltem ABS unterscheidet man das Emulsions- und das Masse-Verfahren:

Emulsionsverfahren
Polybutadien wird durch Emulsionspolymerisation hergestellt und mit den anderen Monomeren gepfropft. Das Produkt wird getrocknet und in der Wärme mit Poly(Styrol-co-Acrylnitril) gemischt. Da bei der Emulsionspolymerisation typischerweise hohe Molekulargewichte vorliegen sind die Weichphasen des in diesem Verfahren gebildeten Polymers besonders groß.[5]
Masse-Verfahren
Auch hier liegt bereits Polybutadien vor, welches in einer Reaktionslösung mit Acrylnitril- und Styrolmonomeren gelöst wird. Diese Reaktionslösung wird dann auf "graft-from"-Art zum Pfropfcopolymer polymerisiert. Es handelt sich um eine Substanzpolymerisation. Das Produkt dieser Polymerisation ist allerdings kein "reines" Pfropfcopolymer, sondern es entsteht ein . Dies liegt daran, dass sich Polybutadien nicht im bei der Polymerisation entstehenden Poly(styrol-co-acrylnitril) löst, sondern nur in der Monomerenmischung. Restliches Polybutadien fällt daher nicht etwa aus, sondern wird in das Produkt der Polymerisation eingelagert. Man spricht von einer Weichphase (Polybutadien), welche in eine Styrol-Acrylnitril-Matrix eingebettet ist.[6] Alle Rohstoffe werden gemeinsam durch alle Stufen der Polymerisation geführt. Es entstehen kaum Kondensate und die Entgasung entfällt bis auf ein Minimum. Die Butadienpartikel bleiben groß. Dadurch ist das ABS heller (besser für Selbsteinfärbung) und es enthält weniger Fremdstoffe (geringere Emissionen). Durch die größeren Butadienpartikel ist In-Masse-ABS bei geringerem Butadiengehalt schlagzäher.

Eigenschaften

ABS ist in Rohform ein farbloser bis grauer Feststoff. Es kann mit Methylethylketon (MEK) und Dichlormethan (Methylenchlorid) geklebt werden.

Weitere Eigenschaften sind:

  • Reißdehnung (DIN 53455): 15 bis 30 %
  • linearer Ausdehnungskoeffizient: 60–110 K−1 · 10−6
  • spez. Wärmekapazität: 1,3 kJ · kg−1 · K−1
  • Dauergebrauchstemperatur: max. 85 bis 100 °C
  • elektrische Durchschlagsfestigkeit bis zu 120 kV · mm−1
  • Beständigkeit gegen Öle und Fette
  • temperaturbeständig
  • Beständigkeit gegen Witterungseinflüsse und Alterung[7]

Verwendung

Halbautomatische Espressomaschine mit ABS als Obermaterial

Haushalts- und Konsumprodukte dominieren die weltweite Nachfrage nach Acrylnitril-Butadien-Styrol.[8] Deutlich mehr als 50 % der ABS-Produktion in Westeuropa wird von der Automobil- und Elektroindustrie verwendet. ABS eignet sich gut zum Beschichten mit Metallen (Galvanisieren) und Polymeren. Dies macht es zum Beispiel möglich, eine verchromte Oberfläche auf einem Kunststoffteil zu erhalten. Beispiele für den Einsatz von ABS sind thermogeformte Teile aus Platten und Folien, Automobil- und Elektronikteile, Motorradhelme, Spielzeug (zum Beispiel Lego-Bausteine oder Playmobil-Figuren[9]), Gehäuse von Elektrogeräten und Computern, Kantenbänder (Umleimer) in der Möbelindustrie, Konsumgüter mit erhöhten Ansprüchen an die Schlagzähigkeit, Musikinstrumente (zum Beispiel Klarinetten- und Saxophon-Mundstücke, Ukulelen-Korpusse oder Randeinfassungen von Gitarren) und die Seitenwangen von in Sandwichbauweise hergestellten Skiern und Snowboards.

Verarbeitung

ABS schmilzt in einem Temperaturbereich von 220–250 °C (Hochtemperatur-ABS-Blends noch höher) und kann im flüssigen Zustand im Spritzgussverfahren oder per Extruder geformt werden. Als eine spezielle Form letzterer Methode ist ABS auch ein üblicher Werkstoff für sogenannte 3D-Drucker. Standard-ABS erweichen um 95–110 °C (siehe Vicat-Erweichungstemperatur). Es eignet sich nach Vorbehandlung hervorragend zum Galvanisieren, Lackieren und Bedrucken. Warmgas-, Heizelement-, Rotationsreibschweißen sowie Ultraschall- und Hochfrequenzschweißen sind möglich.[7]

Recycling

Recycling-Code für Acrylnitril-Butadien-Styrol (O für others = andere)

Bei sauberer Trennung kann ABS problemlos wieder eingeschmolzen und wiederverwendet werden. Zur Sortierung stehen maschinelle Verfahren zur Verfügung, die es aus üblichen Abfallmischungen zu einem Reinheitsgrad von über 99 % separieren können.[10]

Normen

  • DIN EN ISO 2580-1 Kunststoffe – Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)-Formmassen – Teil 1: Bezeichnungssystem und Basis für Spezifikationen (ISO 2580-1:2002). Deutsche Fassung EN ISO 2580-1:2002.
  • DIN EN ISO 2580-2 Kunststoffe – Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)-Formmassen – Teil 2: Herstellung von Probekörpern und Bestimmung von Eigenschaften (ISO 2580-2:2003). Deutsche Fassung EN ISO 2580-2:2003.

Handelsnamen

  • Polylac (ChiMei)
  • Polyman (A. Schulman)
  • Ronfalin (Perrite)
  • Starex (Samsung Cheil)
  • Saxalac (SAX Polymers)
  • Sinkral (Polimeri)
  • Terluran (INEOS Styrolution)
  • Toyolac (Toray)
  • Rotec ABS (Romira)
  • Badalac ABS (Bada AG)

Ähnliche Kunststoffe

Quellen

  1. Shore-Härte bei polymerservice-merseburg.de
  2. a b Datenblatt ABS (Memento vom 27. Februar 2012 im Internet Archive) bei unicgroup.com (PDF; 157 kB), abgerufen am 11. Juni 2013.
  3. a b Datenblatt Poly(acrylonitrile-co-butadiene-co-styrene), acrylonitrile ~40 wt. %, powder bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 27. Dezember 2012 (PDF).
  4. Karlheinz Biederbick: Kunststoffe, 4. Auflage, Vogel-Verlag, Würzburg, 1977, S. 87, ISBN 3-8023-0010-6.
  5. Sebastian Koltzenburg, Michael Maskos, Oskar Nuyken: Polymere: Synthese, Eigenschaften und Anwendungen. 1. Auflage. Springer Spektrum, Heidelberg 2014, ISBN 978-3-642-34772-6, S. 416.
  6. Sebastian Koltzenburg, Michael Maskos, Oskar Nuyken: Polymere: Synthese, Eigenschaften und Anwendungen. 1. Auflage. Springer Spektrum, Heidelberg 2014, ISBN 978-3-642-34772-6, S. 415.
  7. a b Christian Bonten: Kunststofftechnik Einführung und Grundlagen, Hanser Verlag, 2014
  8. Marktstudie Technische Kunststoffe, Ceresana, Sep. 2013.
  9. Jochen Bettzieche: Playmobil ohne Erdöl. In: nzz.ch. 17. Juli 2012, abgerufen am 14. Januar 2019.
  10. Argonne National Laboratory: Process for Recovering Usable Plastics from Mixed Plastic Waste (Memento vom 15. März 2012 im Internet Archive).