Polymere. Hans-Georg Elias. Von Monomeren und Makromolekülen zu Werkstoffen Eine Einführung. Hüthig&Wepf Verlag Zug Heidelberg Oxford, CT/USA

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1 Hans-Georg Elias Polymere Von Monomeren und Makromolekülen zu Werkstoffen Eine Einführung Mit 153 Abbildungen und 54 Tabellen Hüthig&Wepf Verlag Zug Heidelberg Oxford, CT/USA

2 Inhaltsverzeichnis XIII Inhaltsverzeichnis (Referenzen und weiterführende Literatur befinden sich am Ende jedes Kapitels) Vorwort Verzeichnis der Abkürzungen VII IX 1. Einführung Grundbegriffe Geschichtliche Entwicklung 3 2. Chemische Strukturen Konstitution Nomenklatur Monomere für Polymere Verfahrensbezogene Begriffe Strukturbezogene Begriffe Molekülarchitektur Molmassen und Molmassenverteilungen Polymerisationsgrade Molmassen und Molekulargewichte Verteilungsfunktionen Bestimmungsmethoden Konfiguration Stereoisomere Ideal-taktische Polymere Real-taktische Polymere Experimentelle Methoden Mikrokonformation Grundbegriffe Konstitutionseinflüsse Chemische Synthesen und Reaktionen Grundlagen Einleitung Funktionalität Kinetik und Statistik Experimentelle Verfolgung von Polyreaktionen Thermodynamik Gleichgewichte Kritische Polymerisationstemperaturen Ceiling- und Floor-Temperaturen Polymerisationsenthalpien und Polymerisationsentropien Ketten- und Ringbildung Anionische Polymerisationen Ionengleichgewichte Monomere 49

3 XIV Inhaltsverzeichnis Initiatoren Lebende Polymerisationen Übertragung und Abbruch Stereokontrolle Kationische Polymerisationen Monomere Initiatoren Wachstum Abbruch und Übertragung Insertionspolymerisationen Einführung Ziegler-Natta-Polymerisationen, Metathese-Polymerisationen Gruppenübertragungs-Polymerisationen Radikalische Polymerisationen Einführung Radikalbildung Start, Wachstum und Abbruch Stationärer Zustand Ideale Kinetik Allylpolymerisation Kettenübertragungen Nichtideale Kinetik Technische Polymerisationen Copolymerisationen Einführung Copolymerisationsgleichung Sequenzstatistik Radikalische Kinetik Q,e-Schema Ionische Copolymerisationen Polykondensationen und Polyadditionen Einführung Chemie bifunktioneller Polykondensationen Gleichgewichte bifunktioneller Polykondensationen Kinetik bifunktioneller Reaktionen Aktivierte und diffusionskontrollierte Polykondensationen Cyclisierungen Polyadditionen Multifunktionelle Polykondensationen Biologische Polyreaktionen Einführung Nucleinsäuren Proteine Lignine Polysaccharide 128

4 Inhaltsverzeichnis X V Polyester Polyprene Reaktionen von Makromolekülen Polymeranaloge Reaktionen Aufbau-Reaktionen Vernetzungsreaktionen Abbau-Reaktionen 137 Anhang zu Kap A 3-1: Gleichgewichte 140 A 3-2: Poisson-Verteilung 141 A 3-3: Stationärer Zustand 142 A 3-4: Schulz-Zimm-Verteilung Physikalische Struktur von Einzelmolekülen Einführung Streumethoden Statische Lichtstreuung Röntgen- und Neutronenkleinwinkelstreuung Ideale Knäuelmoleküle Makrokonformationen Statistische Knäuel Trägheitsradien Knäueldichte Wurmartige Ketten Reale Knäuelmoleküle Ausgeschlossene Volumina Molmassenabhängigkeit Verzweigte Moleküle Euklidische Körper Kugeln und Sphäroide Stäbchen Skalierung Selbstähnlichkeit Fraktale 168 Anhang zu Kap A 4-1: Fadenendenabstände bei Valenzwinkelketten mit freier Drehbarkeit 169 A 4-2: Fadenendenabstand und Trägheitsradius 169 A4-3: Ketten mit Persistenz 171 Literatur 171 Referenzen Physikalische Eigenschaften verdünnter Lösungen Thermodynamik Löslichkeitsparameter Lösungsgüte 175

5 XVI Inhaltsverzeichnis Gibbs-Mischungsenergie Phasentrennung Obere und untere kritische Mischungstemperaturen Virialkoeffizienten Osmotischer Druck Diffusion Diffusionskoeffizienten Reibungskoeffizienten Sedimentation Grundlagen Sedimentationsgeschwindigkeit Sedimentationsgleichgewicht Viskosität Einführung Konzentrationsabhängigkeiten Molmassenabhängigkeiten Hydrodynamische Volumina Interpretation von [n] =ß.M) 202 Anhang zu Kap Literatur 208 Referenzen Strukturfluiderund fester Molekülverbände Einleitung Assoziation Übersicht Offene und geschlossene Assoziationen Gelierung Konzentrierte Lösungen Überlappungskonzentrationen Osmotischer Druck Knäueldimensionen Schmelzen und amorphe Zustände Kristalliner Zustand Einführung Röntgendiagramme Kristallstrukturen Makrokonformation und Packung Kettenfaltung Morphologie Orientierung Flüssigkristalle Einführung Mesogene und Mesophasen Thermotrope Flüssigkristalle Lyotrope Flüssigkristalle 237

6 Inhaltsverzeichnis 6.7. Blockcopolymere Ionomere 240 Literatur 240 Referenzen EigenschaftenfluiderMolekülverbände Einführung Thermische Eigenschaften Thermodynamische Zustandsgrössen Thermische Ausdehnung Wärmekapazitäten Wärmeleitfähigkeit Kristallisation Keimbildung Kristallisationsgeschwindigkeit Thermische Übergänge Schmelztemperaturen Thermische Umwandlungen und Relaxationen Glastemperaturen Diffusion und Permeation Permeation von Gasen Permeation von Flüssigkeiten Diffusion in Schmelzen Viskosität Einführung Viskosimetrie Newtonsche Viskositäten Nicht-Newtonsche Viskositäten Fliesskurven Dehnviskositäten 275 Literatur 276 Referenzen Eigenschaften von Festkörpern Mechanische Eigenschaften Einführung Zugverhalten Klassifizierung nach dem Zugverhalten Moduln und Poisson-Zahlen Energie-Elastizität Entropie-Elastizität Viskoelastizität Spannungsrelaxation Kriech-Versuch Boltzmannsches Superpositionsprinzip Dynamische Beanspruchungen 300

7 XVIII Inhaltsverzeichnis Sprödbruch Theoretische Festigkeiten Reale Festigkeiten Schlagzähigkeiten Spannungsrissbildung Oberflächeneigenschaften Oberflächenspannung Härte Reibung Abrieb Elektrische Eigenschaften Einleitung Relative Permittivitäten Widerstände Dielektrische Verlustfaktoren Elektrostatische Aufladung Elektrisch leitfähige Polymere Optische Eigenschaften 320 Literatur 322 Referenzen Polymer-Systeme Einführung Ausrüstung Einführung Stabilisatoren Farbmittel Füllmittel Auswandern von Zusatzstoffen Elastomere Verarbeitung Kautschuk-Typen Vulkanisation Eigenschaften Altgummi Fasern Einleitung Produktion Spinnverfahren Textilfasern Industriefasern Entsorgung Kunststoffe Übersicht Verarbeitung Thermoplaste 353

8 Inhaltsverzeichnis XIX Duroplaste Gefüllte und verstärkte Kunststoffe Polymerblends Entsorgung 370 Literatur 373 Referenzen Anhang Tabellen 376 Tab SI-Einheiten, Symbole physikalischer Grössen 376 Tab Vorsilben für SI-Einheiten 377 Tab Fundamentale Konstanten Physikalische Eigenschaften Verhältnisse physikalischer Grössen Konzentrationen Abkürzungen von Namen 380 Sachregister 382 Subject Index 397