Harz (Material)

Harze sind je nach Temperatur und Alter, mehr oder weniger flüssige Produkte, die sich aus verschiedenen chemischen Substanzen zusammensetzen und zum Beispiel zur Herstellung von Lacken, Seifen, Arzneistoffen und Terpentin dienen. Im süddeutschen Raum und in Österreich wird das Harz als Pech bezeichnet.

In natürlicher Form werden Harze als Naturharz von Tieren und Pflanzen, insbesondere Bäumen abgesondert und dienen in erster Linie zum Verschließen von Wunden an der Pflanze.

Im industriellen Bereich werden hauptsächlich Kunstharze verwendet.

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Verwendung

Aufgrund der Vielzahl an unterschiedlichen Harztypen existiert auch ein ebenso breites Anwendungsspektrum. Typisch sind jedoch Anwendungen, welche die festigkeitsgebenden, adhäsiven Eigenschaften verwenden, wie für Leime und Klebstoffe. Weiter typisch ist der Einsatz zur Oberflächenveredlung und Oberflächenversiegelung aber auch zur Formherstellung.

• Verwendung als Ionenaustauscher
• Bestandteil von Vergussmassen/Gießharzen
• Herstellung von Klebstoffen
• Herstellung von Schaumstoffen
• Imprägnierharze (zum Beispiel für Elektromotoren)
• Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbunden (Glasfaserverstärkter Kunststoff GfK, Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff CFK,..)
• Herstellung von Holzfaserwerkstoffen
• Umpressen von integrierten Schaltkreisen durch härtbare Formmassen
• Verwendung in Lacken und Beschichtungen; siehe auch Acrylharz
• Bestandteil von Polymerbeton
• Gebäude- und Fußbodenanhebung durch Injektion in den Baugrund, z. B. nach Setzungen
• Sicherung geologischer Strukturen durch Lackabzüge
• Herstellung von Zahnprothesen
• Herstellung von Injektionspräparaten
• Verbesserung der Ballhandhabung z.B. bei Handball

Naturharz

Natürliches Harz oder Naturharz ist eine Sammelbezeichnung für von Pflanzen oder Tieren abgesonderte zähe Flüssigkeit. Es basiert meist auf Ausscheidungen (Exsudaten) bestimmter Pflanzen, in der Regel Bäume, das nach Verletzung als meist klebrige Masse austritt, um die Wunde zu verschliessen. Als tierischer Lieferant gilt vor allem die in Süd- und Südostasien beheimatete Lackschildlaus (Kerria laccifera), welche den Schellack liefert.

Heute werden Naturharz, vor allem in der Industrie, weitestgehend durch Kunstharze ersetzt, die zu den Kunststoffen zählen.

Naturharze sind eine Mischung verschiedener chemischer Substanzen. Einige Stoffe sind leicht flüchtig und aromatisch. Wenn diese entwichen sind, wird das verbleibende Harz zäher und härter. Zum Teil verdunsten flüchtige Komponenten, zum anderen Teil können Polymerisations- oder Oxidationsreaktionen zum Erstarren der Ausscheidung führen.

Nadelbaumharz ist eine zähe, klebrige und stark riechende Flüssigkeit.

Das Weichharz (Gummi) von Laubbäumen hingegen klebt und riecht kaum, lässt sich nicht schmelzen, sondern verkohlt beim Erhitzen. Getrocknet und zermahlen ist es wasserlöslich. Je nach Wassergehalt ist die Konsistenz gallertartig bis zähflüssig wie Honig. Seine physikalischen Eigenschaften lassen sich am besten mit Gelatine vergleichen. Es gibt heute außer dem Konsumieren von Ahorn- und Birkensirup praktisch keine Anwendungsmöglichkeiten für Harz von Laubbäumen. Zwar wäre es denkbar, es als wasserlösliches Bindemittel zu verwenden, jedoch gibt es viele andere Stoffe mit ähnlichen Eigenschaften, die wesentlich billiger zu gewinnen sind.

In der europäischen Ölmalerei spielten Harze sowohl von Nadelbäumen (Terpentine) als auch die von Laubbäumen (Dammar, Gummi arabicum, Mastix) eine große Rolle. Sie dienten seit dem 15. Jahrhundert in Kombination mit anderen Substanzen als Bindemittel der Farbpigmente. Die Qualität der Öl-Harz-Farben hatte mehrere Vorteile gegenüber den davor üblichen Malfarben, vor allem ermöglichte sie aufgrund besserer Mischbarkeit einen größeren Nuancenreichtum durch weichere Farbübergänge. Die Temperamalerei, deren Bindemittel Emulsionen sind, und die noch frühere Wachsmalerei wurden somit verdrängt.

In Griechenland wird das Harz der Aleppo-Kiefer zum Wein gegeben, was ihm ein besonderes Aroma verleiht. Dieser Wein wird Retsina genannt.

Das wohl bekannteste natürliche Harz ist Balsamharz (Kolophonium), das vorwiegend aus Kiefern und Fichten gewonnen wird und in vielen Produkten des täglichen Lebens Verwendung findet, z.B. als Klebstoff für Heftpflaster oder in Kaugummi und zur Behandlung der Bogenhaare bei Streichinstrumenten.

In tropischen Gefilden kennt und nutzt man das natürliche Harz Elemi.

Gewinnung

  Die systematische Gewinnung von Baumharz geschieht in so genannten Pechereien. Dabei werden künstliche Verletzungen durch Anritzen der Rinde herbeigeführt und der austretende Harz wird in einem Behälter gesammelt. Verwendete Bäume sind unter anderem Kiefer oder Kautschukbaum.

Löslichkeit

Harz von Nadelbäumen ist in Öl leicht und in Alkohol gut, in Benzin teilweise löslich, Edelterpentine auch in Salmiakgeist. Der aus Laubbäumen stammende Gummi ist wasserlöslich. Bei verschmutzten Textilien sollte man zuerst das Harz grob abkratzen, anschließend ein mit Wasser leicht angefeuchtetes Tuch unter den Stoff legen, den Stoff straff spannen und den Fleck mit einem in 90%-igem Ethanol getränktem Lappen vorsichtig von innen nach außen betupfen. Das Harz sollte sich anschließend in dem angefeuchteten Tuch befinden. Vor der Behandlung empfiehlt es sich aber unbedingt, den zu reinigenden Stoff an einer unauffälligen Stelle mit dem Alkohol zu betupfen, um die Farbechtheit sicherzustellen.

Rezente und fossile Harze

Man unterscheidet rezente, rezentfossile bzw. halbfossile und fossile Harze.

Während rezente Harze von noch heute lebenden Bäumen entstammen, sind rezentfossile Harze aus früheren Vertretern von Baumarten entstanden, die teilweise aber auch heute noch existieren. Diese bezeichnet man auch als Kopale. Bernstein ist das einzige rein fossile Harz und stammt von der prähistorischen, bereits ausgestorbenen Bernsteinfichte, bei der Terpentin ein Bestandteil des Harzes ist. Fossile Harze sind in Alkohol nicht löslich, jedoch in heißem Öl.

Beispiele für rezente Naturharze sind Terpentin, Balsam, Gummilack, Kolophonium, Sandarak und Mastix.

Siehe auch

Resine, Dresinate, Resorcin

Kunstharz

Kunstharze sind nach DIN 55958 (Dezember 1988) synthetische Harze, die durch Polymerisations-, Polyadditions- oder Polykondensationsreaktionen hergestellt werden. Sie können durch Naturstoffe, zum Beispiel pflanzliche oder tierische Öle beziehungsweise natürliche Harze, modifiziert sein oder durch Veresterung oder Verseifung natürlicher Harze hergestellt sein.

Kunstharze bestehen in der Regel aus mindestens zwei Komponenten. Die Vermischung beider Teile (Harz und Härter) ergibt die reaktionsfähige Harzmasse. Bei der Härtung steigt die Viskosität an (der sogenannte „Trommsdorff-Effekt“) und nach abgeschlossener Härtung erhält man einen unschmelzbaren (duroplastischen) Kunststoff.

Die Verarbeitung von Kunstharz (kurz Harz) erfolgt häufig im Gussverfahren. Hierbei wird das Gießharz in eine wiederverwendbare oder eine verlorene Form gegossen.

Als härtbare Formmassen bezeichnet man meist rieselfähige Massen, die in einem Warmformungsvorgang mit unmittelbar anschließender irreversibler Aushärtung bei erhöhter Temperatur zu Formteilen und Halbzeugen verarbeitet werden. Hierbei sind häufig hohe Drücke zur kompletten Füllung der Form notwendig.

Eigenschaften

Synthetische Harze sind in der Regel flüssige oder feste amorphe Produkte ohne scharfen Erweichungs- oder Schmelzpunkt. Für die technische Anwendung sind die Harze oft in Form einer Emulsion oder Suspension erhältlich bzw. werden auch in dieser Form hergestellt.

Viele dieser Harze sind prinzipiell auch als echte Lösungen einsetzbar, da es jedoch bei den dafür meist notwendigen Lösungsmittel um Flüchtige organische Verbindungen handelt, wird dieser Anteil immer geringer.

Geschichte

• 1902: Entwicklung des ersten technisch brauchbaren Kunstharzes (Carl Heinrich Meyer): Phenol- Formaldehydharz („Laccaïn“), Ersatz für Schellack
• 1907: „Hitze und Druckpatent“ von Leo Hendrik Baekeland → Aushärtung von Phenolharzen: erste duroplastische Kunststoffe (Bakelit)
• 1910: Patent für Dr. Kurt Albert und Dr. Ludwig Berend für das erste öllösliche Lackkunstharz aus Phenolen und Formaldehyd ("Albertole"), vgl. auch Autolack
• bis heute: Entstehung vieler Typen von Kunstharzen und Modifizierung der Eigenschaften

Reaktionharze

Wichtig für Industrie (Rohprodukte für die Kunststofferstellung): flüssige oder verflüssigbare Harze, die für sich allein oder mit Reaktionsmitteln (z.B. Härter oder Beschleuniger) ohne Abspaltung flüchtiger Komponenten durch Polymerisation oder Polyaddition aushärten (Duroplast)

Chemische Unterteilungen

• Phenol-Formaldehydharz (PF- Harze, Bakelit)
  • Verwendung: Gehäuse von elektrischen Geräten (zwischen beiden Weltkriegen); guter Isolator für elektrischen Strom; heute immer noch vielseitige Verwendung (Ionenaustauscher)
  • Herstellung: Polykondensation von Formaldehyd und Phenol:
• Aminoplast: Harnstoff-Formaldehyd (UF-Harz), Melamin- Formaldehyd- Harze (MF-Harze)
  • Herstellung: Polykondensation von Formaldehyd mit Harnstoff (unter Zugabe von Salzsäure) oder Melamin:
• Epoxidharz:
  • härtbares Kunstharz (mit Zusatz von Härter von zähflüssig zu hart)
  • Verwendung als Gießharz; Verbundwerkstoff; Klebstoff
  • wichtigste Herstellung: Polyaddition und -kondesation aus mehrwertigen Phenolen und Epichlorhydrin (mit Alkalilauge)
• Polyester-Harze (UP-Harze)
  • Herstellung auf Basis von ungesättigten Polyestern (mit weiteren Kunststoffkomponenten, wie Styrol)
  • Verwendung: Lacke, Gießharze; Verstärkung der Festigkeit durch Glasfaserzusätze, Schlauchliningverfahren (Kanalsanierung)
• ABS-Harze
  • Mischung von Harz und Elastomer
• Grundmonomere: Acrylnitril, Butadien, Styrol
  • wichtige Eigenschaften: Festigkeit, Schlagfestigtkeit und Oberlfächenhärte

Beispiele

• Harnstoffharz
• Alkydharz
• Epoxidharz
• Melaminharz
• Phenolharz
• Polyesterharz bzw. Ungesättigtes Polyesterharz (UP)
• Polyurethanharz
• Polyamidharz
• Vinylesterharz

Literatur

• Karl Hasel, Ekkehard Schwartz: Forstgeschichte. Ein Grundriss für Studium und Praxis. 2., aktualisierte Auflage. Kessel, Remagen 2002, ISBN 3-935638-26-4
• Egon von Vietinghoff: Handbuch zur Technik der Malerei, DuMont Verlag, Köln 1983 (1991)
• CD Römpp Chemie Lexikon – Version 1.0, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag, 1995.
• Dominighaus, Hans. Kunststoffe. Ravensburg: Otto Maier Verlag.1974.
• Schwenk, Ernst. 80 Jahre Kunstharze- Fast vergessene Erfinder. Frankfurt am Main: Hoechst Aktiengesellschaft, 1982.