Makromoleküle. Band 2 Technologie. Rohstoffe - Industrielle Synthesen - Polymere - Anwendungen. 5., völlig neubearbeitete Auflage.

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1 Makromoleküle Band 2 Technologie Rohstoffe - Industrielle Synthesen - Polymere - Anwendungen 5., völlig neubearbeitete Auflage Hans-Georg Elias Hüthig & Wepf Verlag Basel Heidelberg New York

2 XXI Inhaltsverzeichnis (Literatur befindet sich am Ende jedes Kapitels) Motto Vorwort Abbildungsnachweis Verzeichnis der Abbildungen Mathematische Symbole Hochgestellte Symbole vor einem Buchstaben Hochgestellte Symbole hinter einem Buchstaben Tiefgestellte Symbole hinter einem Buchstaben Präfixes von Worten Abkürzungen von Namen und Begriffen Symbole V VII X Xu Xu XIII XIII XIII XTV XV XVI 1 Einführung 1 2 Rohstoffe Einführung Übersicht Energieträger Energieaufwand Fossile Rohstoffe Erdgas Eidöl Ölschiefer und Ölsande Kohlen Braunkohle Bitumen und Asphalt Holz Übersicht Naturholz Pressholz Sperrholz Polymerholz Holzstoff Zellstoff Holzverzuckerung Holzvergasung Hemicellulosen Lignine Andere pflanzliche und tierische Rohstoffe Übersicht Naturharze FetteundÖle Zucker und Biomasse 39

3 xxn Inhaltsverzeichnis 3 Struktur von Polymeren Chemische Struktur Monomere für Polymere Homopolymere Regioisomereund Copolymere Konfiguration und Taktizität Molmassen Molmassenverteilungen Bestimmung von Molmassenverteilungen Mittelwerte Physikalische Struktur Mikrokonformationen Konformationen in idealen Kristallen Kristallstrukturen Morphologie Mesophasen Struktur von Blockcopolymeren Lösungen, Schmelzen und Gläser Konformationen in Polymerlösungen Statistische Knäuel Schmelzen und Gläser Gestörte und wurmartige Ketten 67 4 Technische Synthesen Polyreaktionen Einteilung Thermodynamische Voraussetzungen Elementarreaktionen Polyadditionen und Polykondensationen Ionische Polymerisationen Polyinsertionen Radikalische Polymerisationen Copolymerisationen Polymertransformationen Technische Verfahren Übersicht Katalysatoren und Initiatoren Polyreaktionen in Masse Polyreaktionen in Suspension Polymerisation in Emulsion Phänomene Polymerisationsgeschwindigkeit Partikel-Bildung Produkteigenschaften Polyreaktionen in Lösungs-und Fällungsmitteln Polymerisationen in Gasphasen Reaktoren 107

4 xxm Viskositäten Reaktortypen Rührer Aufbereitung von Polymeren Wirtschaftliche Aspekte Energie-Aufwand Kapazitäten Kosten und Preise Kohlenstoff-Ketten Kohlenstoffe Diamant Graphit Kohlenstoff-und Graphitfasem Glaskohlenstoff Russe Poly(olefin)e Poly(methylen) Poly(ethylen)e Einteilung Hochdruck-Synthesen Niederdruck-Synthesen DerivatisierungvonPoly(ethylen) Copolymere des Ethylens Copolymere mit a-olefinen und Dienen Copolymere mit Vinylverbindungen Copolymere mit Acrylverbindungen Poly(propylen)e Poly(l-buten) Poly(4-methyl-l-penten) Höhere Poly(a-olefin)e PolyQsobutylen) Poly(dien)e Übersicht Poly(butadien)e Anionische Polymerisationen Alfin-Polymerisationen Radikalische Polymerisationen Ziegler-Natta-Polymerisationen Poly(isopren)e Natürliche Polyprene Synthetische Poly(isopren)e Derivate Poly(chloropren) Poly(2,3-dimethylbutadien) Poly(alkenamer)e Poly(acetylen)e 146

5 5.4 AromatischePoly(kohlenwasserstoff)e Poly(phenylen)e Poly(p-xylylen) Phenolharze Säurekatalyse Basenkatalyse Eigenschaften Andere Poly(kohlenwasserstoff)e Cumaron/Inden-Harze Harzöl-Harze Pinen-Harze Polymere aus ungesättigten Naturölen Poly(vinylverbindung)en Poly(styrol) Homopolymere Copolymere Substituierte Poly(styrol)e Poly(vinylacetat) Poly(vinylalkohol) Poly(vinylacetal)e Poly(vinylether) Poly(N-vinylverbindung)en Poly(halogenkohlenwasserstoff)e Polyvinylchlorid) Homopolymerisationen Struktur und Eigenschaften Derivate Copolymere Poly(vinylidenchlorid) Poly(tetrafluorethylen) Homopolymere Copolymere Poly(chlortrifluorethylen) Poly(vinylfluorid) Poly(vinylidenfluorid) Poly(acrylverbindung)en Poly(acrylsäure) Poly(acrylsäureester) Poly(acrolein) Poly(acrylamid) Poly(acrylnitril) Poly(ct-cyanacrylat)e Poly(methylmethacrylat)e Poly(2-hydroxyethylmethacrylat) Poly(methacrylimid) Poly(allylverbindung)en 174

6 XXV 6 Kohlenstoff-Sauerstoff-Ketten Polyacetale Poly(oxymethylen)e Homopolymerc Copolymerc Höhere Polyacetale Polyether Poly(oxyethylen)e Poly(propylenoxid) Poly(epichlorhydrin) Phenoxy-Harze Epoxid-Harze Poly(tetrahydrofuran) Furan-Harze Poly(phenylenoxid) Polyetheiketone Phenol-Aralkyl-Harze Aliphatische Polyester Poly(a-hydroxyessigsäure) Poly(ß-propionsäure)n Poly(pivalolacton) Poly(e-caprolacton) Poly(ß-malonsäure) Andere gesättigte Polyester Ungesättigte Polyester Aromatische Polyester Polycarbonate Poly(p-hydroxybenzoat)e Poly(ethylenterephthalat) Poly(butylenterephthalat) Polyarylate Alkydharze Kohlenstoff-Schwefel-Ketten Aliphatische Polysulfide mit Monoschwefel Aliphatische Polysulfide mit Polyschwefel Aromatische Polysulfidether Poly(phenylensulfid) Polyethersulfone Kohlenstoff-Stickstoff-Ketten Polyimine Polyisocyanide Poly(ethylenimin) Poly(anilin) Polyamide 209

7 XXVI Inhaltsverzeichnis Übersicht Aliphatische AA/BB-Polyamide Aromatische AA/BB-Polyamide AB-Polyamide Übersicht Hydrolytische Lactam-Polymerisation Ionische Lactam-Polymerisation Polykondensationen Polyeliminationen von Leuchsanhydriden Andere Polyamid-Bildungen Harnstoff-Polymere Polyhamstoffe Aminohaize Synthesen Technische Produkte Polyhydrazide Polyurethane und andere Isocyanat-Polymere Übersicht Rohstoffe und Reaktionen Anwendungen Schaumstoffe Hastomere Überzüge und Klebstoffe Reproduktionstechnik Polyimide Polyamid In-situ gebildete Polyimide Vorgeformte Imidgruppen Polyazole Poly(benzimidazol)e Poly(benzoxazol) und Poly(benzthiazol) Polyhydantoine Poly(parabansäure)n Poly(terephthaloyloximidrazon) Poly(oxadiazol)e und Poly(triazol)e Polyazine Poly(phenylchinoxalin)e Poly(triazin)e Poly(chinazolindion)e Poly(isocyanurat)e Andere Kohlenstoff-Stickstoff-Ketten Proteine Übersicht Aufbau Einteilung und Verwendung Enzyme 250

8 xxvn Einteilung Struktur und Wirksamkeit Herstellung von Enzymen Industrielle Nutzung Immobilisierung Kollagen Übersicht über Skieroproteine Kollagen Struktur Biosynthese Eigenschaften Leder Naturleder Synthetische Leder Gelatine Proteingummen Elastin Resilin und Abductin Proteinfasern Seide Wolle Wollstruktur Carbonisieren Regenerierte Proteinfasem Polysaccharide Einführung Übersicht Einfache Zucker Nomenklatur Biosynthese Poly(a-glucose)n Übersicht über Poly(glucose)n Amylose Amylopekün Stärke Glycogen Dextrine Dextran Poly(dextrose) Cellulose Chemische Struktur Physikalische Struktur Naturfasern Vorkommen Struktur Bakteriencellulose 290

9 Cellulosederivate Cellulosenitrat Celluloseacetat Celluloseether Regenerierte Cellulosen Cuoxam-Verfahrcn Viskose-Verfahren Zellglas Poly(a-aminosaccharid)e Chitin und Chitosan Mukopolysaccharide Poly(galactose)n Agar-Agar Carrageen(in) Traganth Pektine G.Ghatti Gummi Arabicum Poly(mannose)n Pullulan Guaran Carobin Alginate Andere Polysaccharide Xylan Xanthan Poly(fructose)n Anorganische Polymere Einführung Bor-Polymere Bornitrid Borcarbid Poly(carboransiloxan)e Silicium-Polymere Polysilane und Polycarbosilane Poly(kieselsäure) Silicate Silicat-Gläser Zement und Beton Keramische Weikstoffe Silicone Silicat-Umwandlungen Polyreaktionen Produkte Phosphor-Polymere Elementarer Phosphor 319

10 XXK PolyCphosphorsäure) und ihre Salze Poly(phosphorsäureester) Polyphosphazene Schwefel-Polymere Elementarer Schwefel Poly(thiazyl) Organometall-Polymere Ausrüstung von Polymeren Übersicht Einleitung Aufbereiten von Polymeren Auswandern von Additiven Farbgebung Einleitung Farbe Glanz Deckvermögen Andere Farbmittel-Eigenschaften Farbstoffe und Pigmente PhysikalischeGebrauchseigenschaften Nukleierungsmittel Füllstoffe Übersicht Füllstoff-Typen Partikuläre Mineralstoffe Faserförmige Füllstoffe Plättchenföimige Füllstoffe Haftvermittler Weichmacher Übersicht Weichmacher-Typen PVC-Plastisole Verträglichkeitsmacher Antibeschlagmittel Anüstatika und Leitfähigkeitsverbesserer Verarbeitungshilfe Gleitmittel Innere Gleitmittel Äussere Gleitmittel Plastifiziermittel Trennmittel Antiblockmittel Chemische Gebrauchseigenschaften Einleitung Abbau Grundlagen 357

11 XXX Inhaltsverzeichnis Kettenspaltungen Depolymerisationen Pyrolysen Oxidation Prozesse Antioxidantien Wärmestabilisatoren Lichtschutz Prozesse Lichtschutzmittel Flammschutz Verbrennung Flammschutzmittel Biozide Verarbeitung Einleitung Übersicht Allgemeine Faktoren Dichten Wasseraufhahme Physikalische Strukturen Fliesseigenschaften Einführung Viskosimetrie und Rheometrie Stationäre Scherviskositäten Einfluss der Polymerisationsgrade bzw. Molmassen Einfluss der Temperatur Nichtstationäre Scherviskositäten Schmelze-Viskosität Dehnviskosität Verarbeitung über den viskosen Zustand Giessverfahren Pressverfahren Auftrageverfahren Verarbeitung über den elastoviskosen Zustand Kneten, Walzen und Kalandrieren Extrudieren Spritzgiessen Verarbeitung über den elastoplastischen Zustand Ziehverfahren Blasverfahren Verarbeitung über den viskoelastischen Zustand Verarbeitung über den festen Zustand Veredlung von Kunststoff-Oberflächen Prüfung 406

12 XXXI 14.1 Übersicht Einleitung Nomen Thermische Eigenschaften Thermische Ausdehnung Thermische Umwandlungen und Relaxationen Zugversuche Phänomene Elastizitätsmoduln Steifheit Zugfestigkeit Schlagzähigkeiten Härte Kunststoffe Einführung Polymer-Klassen Eigenschaften der Polymer-Klassen Einteilung von Kunststoffen Nomenklatur und Klassifizierungen Geschichtliche Entwicklung Wirtschaftliche Bedeutung Standard-Thermoplaste Thermische Eigenschaften Festigkeiten, Dehnungen und Moduln Techno-Thermoplaste Styrol-Polymere Polycarbonate und Polyester Polyamide Fluorierte Thermoplaste Andere Techno-Thermoplaste Hochleistungs-Kunststoffe Polyimide Polysulfone Polyketone LCP-Gläser Duroplaste Übersicht Härtung Polykondensations-Duroplaste Polyadditions-Duroplaste Polymerisations-Duroplaste Temperaturbeständige Kunststoffe Entsorgung Einleitung Natürlicher Abbau Recyclieren 467

13 Thermisches Aufbereiten Verbrennung Deponierung Ersatz von Kunststoffen Elastomere Übersicht Einleitung Klassifikation Wirtschaftliche Bedeutung Rohkautschuke Rohfestigkeiten Autohäsion Dien-Kautschuke Aufbau Mastikation und Formulierung Vulkanisation Typen von Dien-Kautschuken cis-l,4-poly(isopren) (NR, SIR) Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) Butadien-Kautschuk (BR) Butylkautschuk (IIR) EPM-undEPDM-Kautschuke Spezialkautschuke Öl-und temperaturbeständige Kautschuke Flüssig-Kautschuke Pulver-Kautschuke Thermoplastische Elastomere Einleitung Styrol-Dien-TPE's Thermoplastische Olefin-Elastomere Andere thermoplastische Elastomere Altgummi-Aufbereitung Fasern und Fäden Einleitung Bezeichnungen Geschichte und Produktion Einteilung Herstellung von Fasern und Fäden Übersicht Spinnverfahren Spirmbarkeit Fliessprozesse beim Spinnen Faserstruktur Erspinnen Verstrecken 515

14 xxxm Flach-, Splitter-und Spaltfäden Textilfasem Einleitung Seidentypen Seide und Kunstseiden Polyamide Polyester Seidenähnliche Fasern Baumwolltypen Baumwolle Viscosefasern Polyester Flachs und Ramie Wolltypen EchtenWollen Acrylfasem Andere wollähnliche Fasern Elastische Fasem Industriefasern Einführung Bast-und Hartfasern Olefin-und Vinylfasem Aramid-Fasem Anorganische Fasern Kohlenstoff-Fasern Textilien Game Gewebe und Gewirke Textilverbundstoffe Textilveredlung Hochveredlung Färben Andere Ausrüstungen Papiere Einführung Cellulosepapiere Pergamentpapier Vulkanfiber Synthetische Papiere Kunststoffpapiere Gefüllte und verstärkte Kunststoffe Polymer-Systeme Definitionen Geschichte Mischungsregeln Moduln 565

15 xxxrv Inhaltsverzeichnis Dichten Zwischenschichten Elastizitätsmoduln Langfasem Kurzfasem Partikeln Festigkeiten Phänomene Reissfestigkeit faserverstärkter Polymerer Reissfestigkeiten gefüllter Polymerer Einreissfestigkeiten Schlagzähigkeiten Dehnungen und thermische Eigenschaften Reissdehnungen Ausdehnungskoeffizienten Übergangstemperaturen Wärmekapazitäten und Wärmeleitfähigkeiten Rheologische Eigenschaften Mischungen Einführung Terminologie Stoffzustände Mischbarkeit Einführung Parameter Phasendiagramme fluider Systeme Phasendiagramme mit festen Phasen Weichgemachte Polymere Einleitung Molekulare Weichmacherwirksamkeit Technische Weichmacherwirksamkeit Polymerblends Einleitung Herstellung von Polymerblends Mechanische Mischungen In-situ Polymerisationen Untersuchung von Polymerblends Phasenmorphologie Elastomer-Verschnitte Polymer-Legierungen Mischungsregeln Zwei amorphe Polymere Ein amorphes und ein kristallines Polymeres Modelle Verträglichkeitsmacher Zwei kristalline Polymere 645

16 XXXV MolekulareVerbundstoffe KautschukmodifizierteKunststoffe Herstellung Deformationsprozesse Mechanismus der Kautschukmodifikation Schaumstoffe Übersicht Herstellung Physikalische Verfahren Chemische Schaumstofferzeugung Eigenschaften von Schaumstoffen Mechanische Eigenschaften Wärmeleitfähigkeiten Packmittel Übersicht Permeation Einleitung Permeation von Gasen Diffusion von Flüssigkeiten Migration von Additiven Anwendungsformen Folien Verbundfolien Behälter und Haschen Überzüge und Klebstoffe Einleitung Übersicht Löslichkeit von Polymeren Polymere an und in Oberflächen Adsorption Benetzung Überzüge Übersicht Aufbau von Anstrichmitteln Übersicht Kritische Pigmentkonzentration Filmbildung und Haftung Lösungsmittel-Lacke Lacke mit wasserlöslichen Bindemitteln Latexanstriche Pulverlacke Nichtwässrige Dispersionen Druckfarben Druckvorlagen Depots 700

17 Mikrokapseln AndereDepots Klebstoffe Einleitung Adhäsion Klebstoff-Typen Klebung 709 Gelöste Polymere Einleitung Viskositäten Einleitung Kugeln Knäuel in verdünnten Lösungen Knäuel in konzentrierteren Lösungen Wurmartige Makromoleküle Assoziierende Makromoleküle Intra- und intermolekulare Assoziationen Offene und geschlossene Assoziationen Viskositäten assoziierender Systeme Polyelektrolyte Nicht-Newtonsche Lösungen Spezielle Anwendungen Erdölgewinnung Strömungsbeschleuniger Vl-Verbesserer Gelbildner Einführung Chemisch vernetzte Gele Eigenschaften chemisch vemetzter Gele Gelierungen Eigenschaften physikalisch vemetzter Gele Polymerdispersionen Einleitung Stabilisierung Flockungsmittel 743 Polymere in der Elektro- und Elektronik-Industrie Einleitung Isolatoren Relative Pemiittivität Spezifische Durchgangswiderstände Dielektrische Verlustfaktoren Durchschlagfeldstärice und Kriechstromfestigkeit Xerographie Photoresists Elektrische Leiter 754

18 xxxvn 24 Anhang 757 Tab SI-Einheiten (ISO), Symbole physikalischer Grössen (IUPAQ 757 Tab Vorsilben für SI-Einheiten 758 Tab Einige fundamentale Konstanten 758 Tab Umrechnungen von veralteten und angelsächsischen Einheiten 759 Tab mtemationde Einheiten und Energieinhalte von Energieträgern 763 Tab Bezeichnungen von Textilfasern 763 Tab Generische Namen von Textilfasern (FTC) 765 Tab Abkürzungen von Namen von Elastomeren 766 Tab Gebräuchliche Abkürzungen für Thermoplaste und Duroplaste 768 A Durch Polyreaktionen erzeugte Polymere 768 B Nach einer charakteristischen Gruppierung benannte Polymere 770 C Durch polymeranaloge Umwandlung hergestellte Polymere D Blends, verstärkte Polymere usw 771 E Abkürzungen für Monomere, Hilfsstoffe, Lösungsmittel usw. 772 Sachregister 774