2te  Vorlesung  

•  Topologie – Strukturprinzip lange Kette •  Technologische Einteilung Polymere •  Exkurs: optische Eigenschaften •  Thermisches Verhalten

Topologie Polymere sind Stoffe, die sich aus Makromolekülen aufbauen. Makromoleküle sind Moleküle, die eine große Anzahl chemisch analoger Grundeinheiten enthalten

Aufbau der Makromoleküle - Fadenmodell

verschlauft

Eigenschaftenänderung durch Quervernetzung

Thermoplast  frei  verschiebbare  Ke8en  (VdW-­‐K)  

klebrig,  temperaturlabil  

Elastomer  Härtegrad  durch  S-­‐vernetzung    

regulierbar  

Monoterpen  Sdp.  34  °C  

gering  toxisch  

Isopren  

Naturkautschuk  

n

+  S   S

S

S

S

SS

S

SS

(S)x

S

S

Gummi  

nOPPn

OPPn

biolog.    Vorstufen  

vernetzt molekulare Netzwerke chemische Vernetzung irreversible, thermische Verformung (Aushärtung) unlösliche, nicht-schmelzende Werkstoffe

unvernetzt Fadenmoleküle linear oder verzweigt physikalische Verschlaufung reversible, thermische Verformung lösliche, schmelzbare Werkstoffe

Struktur – Eigenschaften - Verwendung

Technologische Einteilung

Exkurs: optische Eigenschaften - warum einige Kunststoffe klar sind

Transparenz = Fähigkeit des Lichts (λ= 380 – 720 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!

Technologische Einteilung

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 Charakteristischer Kristallinitätsgrad [%]

Polyamid PA66 PA6

35-45

Polyoxymethylen POM 70-80 Polyethylenterephtalat PET 30-40 Polybutylenterephtalat PBT 40-50 Polytetrafluorethylen PTFE 60-80

Thermisch − Mechanische Zustandsbereiche Zustandsbereich = Temperaturbereich, in dem Polymer seinen Charakter kaum ändert

Glaszustand fester Zustand; energieelastisch

Gummizustand entropieelastisch

Fließ- Schmelzzustand

Glasübergangs- bereich

Schmelz- bereich

Thermisches Verhalten

1. Glastemperatur TG: amorphe Bereiche verändern sich Abkühlung Gummiartiger Z glasartiger Z (Grund: Einfrieren der Rotation der Molekülsegmente) 2. Kristallisationstemperatur TC Abkühlen Amorphe Bereiche kristalliner Z 3. Schmelztemperatur TM: Schmelzen der kristallinen Bereiche Erwärmen Thermoelastisch Thermoplastisch 4. Zersetzungstemperatur TZ

Thermisches Verhalten: Thermoplast

Einfluss der Kettenstruktur auf die Glastemperatur Tg

Thermisches Verhalten: Thermoplastisches Elastomer

Teilkristalline Thermoplaste

Thermisches Verhalten: Elastomer

Thermisches Verhalten: Duroplast

„Verarbeitung“: Duroplast

Thermisches Verhalten: Zusammenfassung

Duroplast

Elaste

Thermoplaste

Gebrauchsbereich

Gebrauchs bereich

Gebrauchs-bereich

Zersetzung

Zersetzung

Zersetzung

Spröder Zustand

Spröder Zustand

Glastemperatur

Glastemperatur Erweichungs- temperatur Schmelze

Temperatur

Temperaturverhalten Polymere Werkstoffe

Thermisch-Mechanisches Verhalten

Glaszustand fester Zustand;

energieelastisch

Gummizustand entropieelastisch

Fließ- Schmelzzustand

Glasübergangs- bereich

Schmelz- bereich

Thermoplaste TG>RT Verarbeitung/ Formgebung T à  Recycling Struktur: Lineare Vernetzung

Thermoplastische Elastomere TG <RT und TG >RT Verarbeitung/ Formgebung -Entropieelastisch à  Recyclebar Struktur: Physikalische Vernetzung

Elastomere TG <RT -Entropieelastisch Struktur: chemische Vernetzung

Duromere TG >>RT -Temperaturstabil -Chemikalienresistent Struktur: Stabile chemische Vernetzung