MC II Polymercharakterisierung 1. Polymereigenschaften und Charakterisierungsmethoden 2. Das isolierte Makromolekül 3. Thermodynamik der Polymerlösung 4. Der statistische Charakter der Polymereigenschaften 5. Kolligative Eigenschaften 6. Streumethoden 7. Viskosimetrie 8. Trennmethoden 9. Verzweigte und vernetzte Polymere Albena Lederer Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. Hohe Strasse 6, D-01069 Dresden, Germany www.polymerseparation.de
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Albena Lederer - ipfdd.de MC II... · 3. Variationen in der Zusammensetzung - Homopolymere aus verschiedenen Monomeren Die Monomere und die Art der Polyreaktion (Polymerisation, Polykondensation,
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MC II Polymercharakterisierung
1. Polymereigenschaften und Charakterisierungsmethoden
2. Das isolierte Makromolekül
3. Thermodynamik der Polymerlösung
4. Der statistische Charakter der Polymereigenschaften
5. Kolligative Eigenschaften
6. Streumethoden
7. Viskosimetrie
8. Trennmethoden
9. Verzweigte und vernetzte Polymere
Albena Lederer
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.
Research Concept: Institute of Polymer Research Dresden e. V.
Modelling/Theory Synthesis
Characterisation Processing/Testing
Beschichtungen
Lacke
Blends
verstärkte Kunststoffe
Kunststoffe mit Anwendungen
in der Mikroelektronik und Medizin
Mikro- und Nanostrukturen
Struktur und Eigenschaften von Polymeren
Makromolekulare Chemie:
Synthese und chem.
Charakterisierung,
Reaktionen an
Polymeren
Physik der Polymere:
Eigenschaften in Lösung,
im Festkörper und der
Schmelze
Materialforschung
(Werkstofforschung):
Verarbeitbarkeit,
Materialkennwerte,
spezifische Funktionen
Struktur-Eigenschafts-Beziehungen
Natürliche Polymere: Zellulose
Bedeutung:
• „natürliche“ Produktion durch Photosynthese: 1015 kg/Jahr
• nachwachsender Rohstoff
• biologisch abbaubar
• wirtschaftliche Bedeutung: Werkstoff
• wissenschaftliche Bedeutung: Beginn der Polymerchemie als
Wissenschaft
• erste Versuche zur Synthese: 1914
• erste erfolgreiche Synthese: 1988 (Kobayashi et al.)
Struktur der DNA
IGG: menschlicher Antikörper Vitamin B12
Cobalt als Zentralatom
Der Tobacco Mosaic Virus
A. Klug, Angew. Chem. 22, 8, 565 (1983)
Der Natur nachgebildet:
S. V. Prokhova et al., Macromol. Rapid Commun. 19, 359 (1998)
Charakteristische Strukturen von Dendronen und
Denrimeren
Ju_folie3.ppt
terminal
unit
dendritic
unit
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BB
B
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BB
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B B
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BBB
BB
B
A
terminal
unit
dendritic
unit
focal
side
Dendron
Dendrimer
Dr. Appelhans
1. Variation Molmasse und Molmassenverteilung - niedrige Molmasse (Oligomere)
- hohe Momasse (Polymer)
- ultrahohe Molmasse
- enge und breite Molmassenverteilung
- monomodal - bimodal - multimodal
=> Änderung der Materialeigenschaften Pn
Thermische und mechanische Eigenschaften hängen von der Molmasse (MM)
bis zu einer kritischen MM (Entanglement-Molmasse Mc) ab. Die Entanglement-
Molmasse hängt von der Monomerstruktur und Flexibilität (Segment-
Beweglichkeit) der Polymerkette.
Mc: PE ca. 20,000 g/mol PET ca. 5000 g/mol
Sehr hohen Modul erreicht man bei sehr hohen MM-> UHMW-PE für Fäden mit hoher
Zugfestigkeit
Hohe Molmasse -> hohe Lösungs- und Schmelzviskosität (Probleme bei Verarbeitung)
Enge MM-Verteilung-> definiertes Lösungs- und Viskositätsverhalten
Mc
Tg
Molmassen-
verteilungen
2. Änderungen in der Architektur linear, verzweigt, Stern-förmig, vernetzt, dendritisch u.a.
BBBBBBB
BB
BB
B
BB B B
B
BB
B
B
BBBB
BB
BB
B
B
B
B
B
BB
BBB
BB
BB
B
B BB B
Lineare Polymere:
Existieren als Knäule (amorph) oder als geordneten Ketten (Kristallisation)
aber: bei hoher MM-> hohe Viskosität
Verzweigte Polymere:
Niedrige Tendenz zur Kristallization, niedrige Vsikosität
Sterne/KammPolymere:
Niedrige Tendenz zur Kristallization, niedrige Abhängigkeit der Viskosität von der MM
Vernetzte Polymere:
Unlöslich, quellen, elastisch oder sehr hart (Elastomere, <-> Duromere), vernetzungsdichte kann
kontrolliert werden
Dendrimere:
globulare, hochfunktionale Polymere, genaue Kontrolle der MM und Dimensionen, spezifisches
Viskositätsverhalten
linear
short chain branched
star
comb polymer
network
dendrimers
Structure and properties
3. Variationen in der Zusammensetzung - Homopolymere aus verschiedenen Monomeren
Die Monomere und die Art der Polyreaktion (Polymerisation, Polykondensation, Kohlenstoffhauptkette vgl.
zu Ester oder Amide Gruppen) bestimmt hauptsächlich die Materialeigenschaften Olefine: aliphatische Kohlenwasserstoffe, hohe Kristallinität, niedrige Löslichkeit und deshalb hohe Beständigkeit gegen
organischen LM, sehr gute mechanische Eigenschaften, relativ weiche Materialien, begrenzte thermische Stabilität
Styren: hohe Härte und Zugfstigkeit, nicht klar; Butadien: niedrigeTg flexibel; Acrylonitril: Chemische Resistenz, niedrige
Löslichkeit, Polyester, Polyamide: bilden H-Brücken-> Kristallinität, hohe mechanische Festigkeit
- Copolymer: random, alternierend, block
- Stern-Copolymere, Graftcopolymere
Die Copolymerisation erlaubt
die Kombination aus verschiedenen
Wiederholeinheiten und die
Kombination von verschiedenen
Eigenschaften! Da die meisten
Homopolymere nicht mischbar sind,
Copolymerisation ist eine nötige
Alternative für Mischen und
Kombinieren von Material-
eigenschaften. Copolymerisation
erlaubt auch Kontrolle über die
Molekularachitektur.
n = ( ) n ( ) n = n
Monomer A
Monomer B
graft copolymers
star copolymers
alternating random (statistic)
block structure
Structure and properties
Beispiele für Copolymere – Kombinationen von Eigenschaften Styren-Butadien Copolymere – Kombination spröde(hart)-flexibel
Materialeigenschaften hängen von der Monomerzusammensetzung ab