π π σ 21 Polymere Struktur 21 Polymere Struktur

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2 1 P o l y m e r e S t r u k t u r

Polymere sind Materialien, deren wesentliche Bestandteile aus makromolekularen Verbindungen bestehen, die synthetisch oder durch Umwandlung von Naturprodukten

entstehen.

Polymere basieren auf Verbindungen mit Kohlenstoff, welcher Kettenbildungsfähigkeit besitzt. Kohlenstoff kann 4 Bindungen eingehen, ist dies der Fall  sp3 Hybridisierung (bei =-bindungen sp2 , bei ≡ sp ) Da bei der sp3 Hybridisierung viel Bindungsenergie frei wird, ist dieser Zustand sehr stabil.

σ -Bindung: Bei der σ -Bindung erfolgt die

Überlappung zwischen den Orbitalen in Richtung der Symmetrieachse. Als Beispiel dient Ethen HC≡CH.

π -Bindung: Bei der π -Bindung erfolgt die

Überlappung seitlich aus den verbliebenen p-Orbitalen. Der Überlappungsgrad ist geringer, die Bindung weniger stabil und reaktionsfähiger.

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Bedingt durch die verschiedenen Herstellungsverfahren und die Arten der Monomere liegen die Makromoleküle in verschiedenen Baustrukturen vor:

1. Thermoplaste:(Plastomere): verzweigte oder lineare Kettenmoleküle - schmelzbar - löslich

2. Elastomere: schwach vernetzte Kettenmoleküle - nicht schmelzbar - unlösich - quellbar

3. Duromere: stark vernetzte Kettenmoleküle - nicht schmelzbar - unlösich - nicht quellbar

Grösse der Makromoleküle von Polymeren = Zahl der

Monomereinheiten (Durchschnittswert, da verschiedene Längen). Lineare und verzweigte Kunststoffe

8000-300‘000, bei hochmolekularen Kunststoffen (wie hochmolekularem PP) 10⁶. Bei vernetzten Kunststoffen sinnlos (1 Molekül).

Amorphe Strukturen (Glasartige Strukturen) Teilkristalline Strukturen

 Wie unterkühlte Flüssigkeiten

 Ungeordnet, keine Fernordnung

 Bei BelastungAusrichtung, grosse Dehnungen möglich

 Streckenweise geordnet, wie Kristallgitter

 Es können verschiedene Gittertypen auftreten, selten kubisch. Bsp: PTFE trikline und trigonale Anordnung

Voraussetzungen für die Kristallisierbarkeit ist eine grosse Beweglichkeit der Molekülketten. Somit darf die sterische (räumliche) Hinderung darf nicht zu gross sein. Einschränkungen der Beweglichkeit sind:

 Lange Seitenketten (Phenyle, Propyle) (einzelne Atome i.O.)

 (ungleich) grosse Substituenten (Benzolringe…)(F statt H i.O.)

 Ungleichmässige Verteilung der Substituenten (Ataktisch, Syndiotaktisch)

Kristallformen von Teilkristallinen Strukturen sind:

 Fibrillen liegen ungeordnet vor, bei Fransenmizellen hängen die Makromoleküle Fransenartigaus den Kristalliten heraus.

 Lamellen werden durch Kettenrückfaltung mehrmals in den gleichen Kristallit eingebaut. Es können mehrere Lamellen parallel liegen.

 Sphärolite sind kugelförmige Überstrukturen, in denen

Kettenmoleküle tangential angeordnet sind. Als Ganzes bilden sie lamellenartige Mizellenformationen, welche sich mehr oder weniger symmetrisch um einen Kristallisationskeim lagern.