Schwefelpolymere enthalten Schwefelatome als Bestandteil der Polymerkette. Zu dieser Gruppe gehören u.a. Polysulfide und Polysulfone. Es sind Hochleistungskunststoffe, deren aromatische Monomereinheiten über Schwefelbrücken miteinander verbunden sind. Bei den Polysulfiden hat nur das meist teilkristalline Polyphenylensulfid (PPS) technische Bedeutung. Zu den amorphen Polysulfonen gehören Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES) sowie Polyphenylensulfon (PPSU).
Alle diese Kunststoffe weisen verhältnismäßig hohe mechanische Festigkeit zusammen mit einer guten Temperaturbeständigkeit auf und gelten als lebensmittelkompatibel.
Abb. 1 Schwfelpolymere a) und b) molekulare Strukturformeln von PPS und PSU, c) Spannband aus Polyphenylensulfid
Polyphenylensulfid (PPS) ist eine Polymerart, die aus Monomeren namens Phenylene und Sulfide hergestellt wird. Es ist ein teilkristalliner Thermoplast mit hervorragenden mechanischen und thermischen Eigenschaften, wodurch es für den Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen geeignet ist.
Polyphenylensulfid gehört zu den aromatischen, teilkristallinen Polymeren. Seine Hauptkette ist gemischt und besteht aus Benzolringen, die jeweils durch ein Schwefelatom getrennt sind (Abb. 1a). Diese besondere molekulare Struktur verleiht dem Polymer eine gute Wärmebeständigkeit, es kann bis ca. 230 °C eingesetzt werden.
Polyphenylensulfid ist sehr kerbempfindlich, daher werden ihm immer kurze Glasfasern zugesetzt. Auf dem Markt werden ausschließlich verstärkte Sorten (z. B. PPS GF40 mit 40 % kurzen Glasfasern) angeboten. Mit ca. 40% Glasfasern verstärkt hat das Polymer eine Festigkeit und Steifigkeit, die mit Leichtmetallen vergleichbar sind. Das ermöglicht seine Verwendung als Spannband in der Verpackungstechnik (Abb. 1c). Eine geringe Kriechneigung und eine gute Kaltzähigkeit ergänzen das Eigenschaftsprofil dieses Kunststoffes. Polyphenylensulfid ist schwer entflammbar und nicht brennbar (Grad V-0). Zudem hat es eine niedrige Rauchgasdichte. Seine chemische Beständigkeit ist sehr gut, es ist jedoch witterungsempfindlich. Polyphenylensulfid lässt sich thermoplastisch verarbeiten und findet Anwendung für thermisch und mechanisch beanspruchte Teile, u. a. in der Elektronik und der Fahrzeugtechnik. Neuerdings wird es auch zur Auskleidung von Ölpipelines genutzt.
Unter dem Namen Polysulfone werden Polymere zusammengefasst, deren Wiederholungseinheiten durch eine Sulfon-Gruppe verknüpft sind. Wichtiger Vertreter der Gruppe sind Polysulfon PSU und Polyethersulfon PES. Abb. 1b zeigt den chemischen Bau von Polyethersulfon.
Polysulfone zeichnen sich durch eine Reihe interessanter Eigenschaften aus. Von hoher Bedeutung ist ihre sehr gute chemische Beständigkeit in Verbindung mit Heißdampf- und Hydrolysebeständigkeit. So können Teile aus Polysulfonen mehrfach sterilisiert werden. Als aromatische Polymere haben Polysulfone eine gute Wärmebeständigkeit. Die sehr geringe Entflammbarkeit (Grad V-0 nach UL94) ermöglicht ihre Verwendung für Innenausstattung im Flugzeugbau.
Da Polysulfone amorph sind, sind sie lichtdurchlässig. Zwar sind sie nicht vollkommen transparent, sondern leicht gelb bis rötlich, aber sie weisen doch eine vergleichsweise gute Lichtdurchlässigkeit von 75 bis 85 % auf. Im Vergleich zu anderen transparenten Kunststoffen wie z. B. Polymethylmethacrylat PMMA haben sie allerdings eine deutlich höhere Temperaturbeständigkeit.
Polysulfone werden dort eingesetzt, wo andere Kunststoffe wie Polyamid, Polycarbonat, Polyoxymethylen oder Polyethylenterephthalat unter thermischer oder hydrolytischer Belastung versagen. Polysulfone werden für Bauteile hoher mechanischer und thermischer Beanspruchung u. a. in der Lebensmittel- und Medizintechnik oder für Lampenfassungen verwendet.
Meist wird dafür glasfaserverstärktes PSU eingesetzt, dessen Elastizität gegenüber unverstärktem Material beträchtlich erhöht ist. Wegen seiner guten elektrischen Isoliereigenschaften und geringen Brandneigung ist PSU auch für den Elektrobau von Interesse. Der Kunststoff findet daher auch für medizintechnische Artikel Verwendung. Nicht zuletzt werden Laborkleinteile, wie Schnellverschluss-Schlauchkupplungen sowie Filterhalter und Rundfilter für die Fein- und Sterilfiltration aus Polysulfon gefertigt.
Polysulfone können mittels der für Kunststoffe üblichen Verfahrensweisen, wie Extrudieren, Spritzgießen und Blasformen zu Halbzeugen und Formteilen verarbeitet werden. Sie können sowohl spanabhebend bearbeitet als auch mittels gängiger Warmformtechniken, wie Tiefziehen, bei Temperaturen um +270 °C geformt werden. Zudem ist PSU schweißbar und kann mit üblichen Kunststoffklebern sicher verklebt werden.
Übrigens: Zu den Schwefelpolymeren können auch sogenannte Vulkanisate gezählt werden. Bei der Vulkanisation von Kautschuk werden Schwefelatome verwendet, um die Polymerketten zu vernetzen und so die Eigenschaften des Materials zu verbessern. Dies führt zu Elastomeren (s. Elastomere) mit erhöhter Zugfestigkeit, Elastizität und Hitzebeständigkeit.<<
