Überstrukturen von Polymeren

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1 Überstrukturen von Polymeren Die Vielfalt der molekularen Architektur von Kunststoffen wird durch d die verschiedenen möglichen Überstrukturen, in denen Polymerketten en vorliegen können, noch erweitert. In der Lösung und in der Schmelze liegen die Polymerketten als amorphe Knäuel vor. Im Festzustand sind die meisten Polymere teilkristallin,, d.h. amorphe und kristalline Bereiche liegen nebeneinander vor. Eine Polymerkette gehört dabei sowohl kristallinen als auch amorphen Bereichen an. Ohne mechanische Behandlung (z.b. Verstrecken) sind die Kristallite isotrop verteilt. Beim Verstrecken von Fäden oder Folien werden die Polymerketten in Verstreckrichtung orientiert. Dadurch entsteht eine teilkristalline, ine, orientierte (anisotrope( anisotrope) ) Überstruktur. 221

2 Ordnungsphänomene in Polymeren Kristalliner Bereich 222

3 Kristallisation Kristallisation Die Voraussetzung zur Kristallisation ist ein regelmäßiger Polymer- kettenaufbau.. Wir haben am Beispiel Polypropylen gezeigt, dass die Anordnung der Methylseitengruppen sterisch regelmäßig (iso( iso- und syndiotaktisch) ) oder sterisch unregelmäßig (ataktisch) erfolgen kann. Ataktisches Polypropylen kann nicht kristallisieren und liegt daher amorph vor. Eine typische technische Anwendung ist die Herstellung weicher, witterungsbeständiger Dachabdichtungen. Isotaktisches Polypropylen kristallisiert unter Ausbildung einer Helix-Struktur Struktur. Isotaktisches Polypropylen wird in harten PKW- Stoßfängern eingesetzt. 223

4 Struktur Struktur Ordnungszustand 224

5 Polymermischungen, Block Polymermischungen, Block- und Pfropfcopolymere Die meisten Polymere sind nicht mischbar (d.h. sie sind unverträglich). Ein Beispiel ist die Polymermischung Polystyrol und Polybutadien.. Dabei bilden sich zwei Phasen. Bei einem Überschuss an Polystyrol liegt die Polybutadienphase in Form von Kügelchen in der kontinuierlichen Polystyrol-Matrix vor. Die beiden Phasen sind nicht chemisch miteinander verbunden, wie die elektronenmikros- kopische Aufnahme einer Bruchfläche auf dem nächsten Overhead zeigt. Sind die beiden Polymere zu einem Blockcopolymer verknüpft, dann führt die Entmischung zu deutlich kleineren Polybutadienkügelchen.. Die Größe der Kügelchen liegt im Bereich der Länge des Polybutadienblockes,, da jedes Polymer- molekül sowohl in der Polystyrol- als auch in der Polybutadienphase vorliegen muss (siehe Dünnschnitt auf dem nächsten Overhead). Eine wesentlich kompliziertere Phasenstruktur tritt bei einem Pfropfcopolymer auf. Hier findet man in der eingelagerten Polybutadienphase nochmals einge- lagertes Polystyrol. 225

6 Ein typischer Vertreter eines Pfropfcopolymeren mit dem oben gezeigten Verhalten rechts), wäre ein Acrylnitril/Butadien Butadien/Styrol-Copolymer (ABS), bei dem auf eine Styrol/Acrylnitril Acrylnitril-Copolymer- hauptkette Butadien als Seitenkette aufgepfropft wird. 226

7 Verschiedene Einsatzgebiete eines Polyesters Die beschriebene Vielfalt molekularer Architekturen und Überstrukturen führt dazu, dass Polymere ein breites Spektrum von Anwendungen ermöglichen. Dieses s breite Spektrum wird u.a.. auch durch verschiedene Verarbeitungsverfahren (siehe unten) gewährleistet. 227

8 Nutzung der optischen Eigenschaften eines amorphen Polymeres: Po Nutzung der optischen Eigenschaften eines amorphen Polymeres: Polycarbonat Optische Datenspeicher nutzen die Transparenz, Zähigkeit und geringe Wasseraufnahme des polymeren Werkstoffes Polycarbonat.. Am bekanntesten ist die Digital Audio Compact Disk ( CD ). Bei der CD besteht die digitalisierte Information in Form sogenannter Pits auf der Substratplatte, die im Spritzgussverfahren hergestellt wird. Die Pits sind etwa m tief, m breit und haben einen Spurrillenabstand von 1, m. Die Information ergibt sich aus der Länge L der Pits.. Die Substratplatte wird anschließend end mit einer spiegelnden Metallschicht und einer Schutzlackierung versehen. Gelesen also abgespielt wird die CD von einem Laserstrahl, der die Pits abtastet. Daher spielt die Transparenz eine Folge der amorphen Überstruktur eine wichtige Rolle. Die hohe Wieder- gabequalität liegt in der berührungsfreien Abtastung. 228

9 Eigenschaften von Polymeren 229

10 Thermische Eigenschaften von Polymeren Warum ist z.b. Poly(tetrafluorethylen)(PTFE,, Teflon ) über 300 C temperatur- beständig während Polyethylen nur im Bereich < 100 C beständig ist? (CF 2 -CF 2 ) n (PTFE) C-F F 485 kj/mol Bindungsenthalpien Atomradius (im Bindungszustand) (CH 2 -CH 2 ) n (PE) C-H H 413 kj/mol F 0.71 Å H 0.37 Å Das führt dazu, dass die C-F C Bindung schwieriger zu brechen ist als die C-H C Bindung und dass die F-AtomeF die Kohlenstoffkette auf Grund ihres grösseren Radius besser gegen Angreifer schützen tzen. 230

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