Polyformaldehyd

Strukturformel
Allgemeines
Name	Polyoxymethylen
Andere Namen	Polyacetal Polytrioxan Polyformaldehyd (bei kurzkettigen Molekülen) Kurzzeichen: POM
CAS-Nummer	9002-81-7
Art des Polymers	Thermoplast
Beschreibung	weißer Feststoff; teilkristallin
Monomer
Monomer	Formaldehyd (Homopolymer) Trioxan (Oligomer)
Summenformel	-(CH2-O-)n (Homopolymer) -[(CH2-O)n-(CH2-CH2-O-)m] (Copolymer)
Molare Masse	30,03 g·mol−1 (Homopolymer)
Eigenschaften
Aggregatzustand	fest
Dichte	1390–1420 kg/m3
Schmelzpunkt	178 °C (Homopolymer), 166 °C (Copolymer)
Kristallinität	75%–85%
Elastizitätsmodul	2600–3100 MPa
Wasseraufnahme	0,2%–0,4% bei Normalklima
Bruchdehnung	40%–50% (POM-H), 27%–31% (POM-C) (Reißdehnung)
Wärmeleitfähigkeit	0,31 W·m−1·K−1 (POM-C) 0,37 W·m−1·K−1 (POM-H)
Thermischer Ausdehnungskoeffizient	1,1 10−4·K−1
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Polyoxymethylen (Kurzzeichen POM, auch Polyacetal oder Polyformaldehyd genannt) ist ein teilkristalliner thermoplastischer Kunststoff. POM ist seit 1956 auf dem Markt und wird wegen seiner hohen Steifigkeit, niedrigen Reibwerte und ausgezeichneten Dimensionsstabilität als technischer Kunststoff, besonders für Präzisionsteile, eingesetzt.

Eigenschaften

POM zeichnet sich durch hohe Festigkeit, Härte und Steifigkeit in einem weiten Temperaturbereich aus. Es behält seine hohe Zähigkeit bis −40 °C, weist eine hohe Abriebfestigkeit, einen niedrigen Reibungskoeffizient, hohe Wärmeformbeständigkeit, gute elektrische und dielektrische Eigenschaften, sowie eine geringe Wasseraufnahme auf. Die Eigenfarbe ist wegen der hohen Kristallinität opak weiß, aber das Material ist in allen Farben gedeckt einfärbbar. POM hat eine Dichte von ρ = 1.410..1.420 g/cm³.^[1]

Bei hohen Verarbeitungstemperaturen über 220 °C oder beim Verbrennen beginnt POM sich thermisch zu zersetzen. Es bildet sich u.a. wieder freies Formaldehyd, welches einen erkennbaren, reizenden Geruch entwickelt. Dies ist nicht nur negativ zu sehen; im Vergleich zu anderen technischen Kunststoffen ist es sehr leicht zu erkennen, wenn das Material falsch verarbeitet wird. Aufgrund von Anforderungen aus der Automobilindustrie, die Emissionen innerhalb eines Fahrzeuges zu senken, entwickeln POM-Hersteller emissionsarme bzw. formaldehydreduzierte Typen.

Handelsnamen & Marktanteile

Marktführer auf dem ca. 800 kt großen POM-Markt sind derzeit:

• Ticona/Celanese Hostaform, Kematal, Celcon (ca. 25 %),
• DuPont Delrin (ca. 20 %),
• Polyplastic Duracon (ca. 15 %),
• Korea Engineering Plastics Kepital (ca. 12 %),
• Mitsubishi Jupital (ca. 7 %) und
• BASF Ultraform (ca. 5 %).

weitere nennenswerte Produzenten (unter 3%):

• Zaklady Tarnoform
• KTP Kocetal

nennenswerte Compoundeure (unter 1%):

• Rhodia Sniatal
• Schulman Schulaform

Herstellung

Man unterscheidet zwischen dem Homo- und Copolymer, welche nach unterschiedlichen Verfahren hergestellt werden.

Homopolymer

Chemisch hat das (Homo)Polymer die Struktur –(CH₂–O–)_n und unterscheidet sich im Wesentlichen durch den Polymerisationsgrad von Paraformaldehyd. Das Homopolymer wird auch als POM-H bezeichnet. Zur Stabilisierung, um bei Säureeinfluß oder thermischer Belastung die Depolymerisation zu verhindern, werden die Endgruppen durch Veretherung oder Veresterung verschlossen. Das Homopolymer wird meist durch direkte Polymerisation von Formaldehyd erhalten. Ein typisches Homopolymer ist beispielsweise Delrin (DuPont). Polyoxymethylen kann auch durch kationische oder übergangsmetallzentrierte kationische Polymerisation von Trioxan (–CH₂–O–)₃ erhalten werden.

Copolymer

Eine andere Möglichkeit zur Stabilisierung gegenüber Säureeinfluß und thermischer Belastung ist die Herstellung von Copolymeren, POM-C mit der Struktur -[(CH₂-O)_n-(CH₂-CH₂-O-)_m], welches durch Copolymerisation von Trioxan mit 1,4-Dioxan erhalten wird. Hier werden zur Stabilisierung die instabilen Endgruppen durch Hydrolyse zu Formaldehyd abgebaut. Typische Copolymere sind beispielsweise Hostaform (Ticona/Celanese) und Ultraform (BASF).

Beide Formen lassen sich an Hand des Schmelzpunktes unterscheiden. Das Homopolymer schmilzt bei 178 °C, das Copolymer bei 166 °C.

Verarbeitung

Die Weiterverarbeitung kann sowohl über Spritzguss als auch Extrusion erfolgen. Auch durch Hohlkörperblasen kann das Material verarbeitet werden.

Verkleben

POM gehört zu den Kunststoffen mit niedriger Oberflächenenergie und ist ohne spezielle Oberflächenbehandlung nur bedingt klebbar. Durch Oxidation oder Beizen der Oberfläche lässt sich die Haftung von Klebstoffen verbessern.

Oxidation kann durch das Beflammen mit einer sauerstoffübersättigten Flamme erzielt werden (Bunsenbrenner). Dazu die Flamme in geringem Abstand schnell über die Oberfläche führen. Für besonders haltbare Klebungen die Klebeflächen mit 85%iger Phosphorsäure ca. 10 Sekunden lang bei 50 °C beizen, anschließend mit destilliertem Wasser abspülen. Die gebeizte Oberfläche kann dann z.B. mit einem 2-Komponenten-Kleber verklebt werden.

Verwendung

• Maschinenbau: Zahnräder, Gleit- und Führungselemente, Gehäuseteile, Federelemente, Ketten, Schrauben, Muttern, Lüfterräder, Pumpenteile, Ventilkörper.
• Elektrotechnik: Isolatoren, Spulenkörper, Steckverbinder, Teile für elektronische Geräte, z. B. Fernseher, Telefone etc.
• Fahrzeugbau: Lenkstock (u.a. Schalthebel für Licht, Blinker), Fensterheber, Türschlosssysteme, Gelenkschalen.
• Modellbau: Dünnwandige, höher beanspruchte Teile bei Modellbahnen, wie Drehgestelle und Griffstangen. POM bricht bei Belastung weniger leicht als ABS, ist jedoch in hellen Farben transluzent und nicht lackierbar.
• Medizin: Insulinpen
• Möbelbau: Beschläge, Schlösser, Griffe, Scharniere oder auch Gardinenrollen.
• Bauwesen: Konstruktiver Glasbau – Hülsen für Punkthalter
• Verpackung: Aerosoldosen, Fahrzeugtanks, Gasampullen.
• Sport: Paintballzubehör, insbesondere Bolzen.
• Bekleidung: Reißverschlüsse.
• Musik: Plektren (siehe Tortex), seit neuestem auch für Blasinstrumente, insbesondere "irische" Querflöten und Tin Whistles. Vollwertiges Ersatzmaterial für Rabenfederkiele im Cembalobau.
• Gastronomie: in Kaffee-Vollautomaten wird dieses Material für die Brühgruppe verwendet.

Einzelnachweise

1. ↑ Tabellenbuch Metall, 42. Aufl., S.167