2te Vorlesung. Topologie Strukturprinzip lange Kette Technologische Einteilung Polymere Exkurs: optische Eigenschaften Thermisches Verhalten
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- Benjamin Schmidt
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1 2te Vorlesung Topologie Strukturprinzip lange Kette Technologische Einteilung Polymere Exkurs: optische Eigenschaften Thermisches Verhalten
2 Topologie Polymere sind Stoffe, die sich aus Makromolekülen aufbauen. Makromoleküle sind Moleküle, die eine große Anzahl chemisch analoger Grundeinheiten enthalten verschlauft Aufbau der Makromoleküle - Fadenmodell
3 Eigenschaftenänderung durch Quervernetzung n OPP S S S Isopren n OPP biolog. Vorstufen n n Naturkautschuk + S S S S S S S S S (S)x Gummi Monoterpen Sdp. 34 C gering toxisch Thermoplast frei verschiebbare Ke8en (VdW- K) klebrig, temperaturlabil Elastomer Härtegrad durch S- vernetzung regulierbar
4 Struktur Eigenschaften - Verwendung unvernetzt Fadenmoleküle linear oder verzweigt physikalische Verschlaufung reversible, thermische Verformung lösliche, schmelzbare Werkstoffe vernetzt molekulare Netzwerke chemische Vernetzung irreversible, thermische Verformung (Aushärtung) unlösliche, nicht-schmelzende Werkstoffe
5 Technologische Einteilung
6 Exkurs: optische Eigenschaften - warum einige Kunststoffe klar sind Transparenz = Fähigkeit des Lichts (λ= nm), Materie ungehindert zu durchdringen mögliche WW Licht-Materie: - Absorption, - Reflexion, - Brechung/Streuung amorphe Thermoplaste: geringe Dichte -> guter Lichtdurchdringung teilkristalline Thermoplaste: Lichtbrechung an dichten Kristalliten à je höher Kristallinität, desto weniger transparent Bsp.: spp (Kristallinität 50%) à transparent ipp: (Kristallinität > 50%) à stark opak Einfluss Brechungsindex: Bsp.: Poly(4-methyl-1-penten) teilkristallines TP (bis zu 65%), dennoch hohe Transparenz Grund: Brechungsindex amorpher und kristalliner Bereich annähernd gleich!
7 Technologische Einteilung
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9 Kristallisation Vorraussetzung: regelmäßiger Polymerkettenaufbau Bsp.: PP à taktische Abfolge Methylsubstituenten Ataktisches PP: amorph Isotaktisches PP: krsitallin unter Ausbildung Helix-Struktur (Konformation + Konfiguration) Weitere Beispiele: Polymer Polyamid PA66 PA6 Charakteristischer Kristallinitätsgrad [%] Polyoxymethylen POM Polyethylenterephtalat PET Polybutylenterephtalat PBT Polytetrafluorethylen PTFE 60-80
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12 Thermisches Verhalten Thermisch Mechanische Zustandsbereiche Zustandsbereich = Temperaturbereich, in dem Polymer seinen Charakter kaum ändert Glaszustand fester Zustand; energieelastisch Glasübergangsbereich Gummizustand entropieelastisch Schmelzbereich Fließ- Schmelzzustand 1. Glastemperatur T G : amorphe Bereiche verändern sich Abkühlung Gummiartiger Z glasartiger Z (Grund: Einfrieren der Rotation der Molekülsegmente) 2. Kristallisationstemperatur T C Amorphe Bereiche Abkühlen kristalliner Z 3. Schmelztemperatur T M : Schmelzen der kristallinen Bereiche Thermoelastisch Erwärmen Thermoplastisch 4. Zersetzungstemperatur T Z
13 Thermisches Verhalten: Thermoplast
14 Einfluss der Kettenstruktur auf die Glastemperatur T g
15 Thermisches Verhalten: Thermoplastisches Elastomer
16 Teilkristalline Thermoplaste
17 Thermisches Verhalten: Elastomer
18 Thermisches Verhalten: Duroplast
19 Verarbeitung : Duroplast
20 Thermisches Verhalten: Zusammenfassung
21 Temperaturverhalten Polymere Werkstoffe Duroplast Gebrauchsbereich Zersetzung Elaste Spröder Zustand Glastemperatur Gebrauchs-bereich Zersetzung Thermoplaste Spröder Zustand Glastemperatur Gebrauchs bereich Erweichungstemperatur Schmelze Zersetzung Temperatur
22 Thermisch-Mechanisches Verhalten Glaszustand fester Zustand; energieelastisch Glasübergangsbereich Gummizustand entropieelastisch Schmelzbereich Fließ- Schmelzzustand Thermoplaste Thermoplastische Elastomere Elastomere Duromere T G >RT Verarbeitung/ Formgebung T à Recycling Struktur: Lineare Vernetzung T G <RT und T G >RT Verarbeitung/ Formgebung -Entropieelastisch à Recyclebar Struktur: Physikalische Vernetzung T G <RT -Entropieelastisch Struktur: chemische Vernetzung T G >>RT -Temperaturstabil -Chemikalienresistent Struktur: Stabile chemische Vernetzung
Makromoleküle sind keine Erfindung des Menschen. Die Natur produziert jährlich mehr als Tonnen Polysaccharide und Lignin.
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