Polymer
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Ein Polymer (altgriech.: poly, viel; meros, Teil) ist eine chemische Verbindung, die aus Ketten- oder verzweigten Molekülen (Makromolekül) besteht, die aus gleichen oder gleichartigen Einheiten (den sogenannten Monomeren) bestehen. Das Adjektiv polymer bedeutet entsprechend aus vielen gleichen Teilen aufgebaut. Obwohl mit diesem Begriff meist kovalent gebundene Stoffe beschrieben werden, die auch als Makromoleküle bezeichnet werden, ist es oft vorteilhaft auch Salze und Metalle in die Definition mit einzubinden. Auch hier ist der gesamte Stoff aus vielen gleichen Teilchen, den Formeleinheiten aufgebaut.
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[Bearbeiten] Definition (im Sinne des Chemikaliengesetzes)
Ein Polymer ist ein Stoff, dessen Moleküle aus verketteten Monomereinheiten bestehen.
Dieser Stoff gilt dann als Polymer
- wenn eine einfache Gewichtsmehrheit von Molekülen mit mindestens drei Monomereinheiten enthalten ist
- welche mit einer weiteren Monomereinheit, oder einem anderen Reaktanten verknüpft sind
- und mittels Atombindung (kovalente / Elektronenpaarbindung) eine Bindung eingegangen sind.
Ebenfalls gilt ein Stoff als Polymer, wenn davon abweichend
- weniger als eine einfache Gewichtsmehrheit von Molekülen enthalten ist
- welche in einem bestimmten Molekulargewichtsbereich liegen
- wobei die Abweichungen im Molekulargewicht im Wesentlichen auf die Unterschiede in der Anzahl der Monomereinheiten zurückgehen.
Eine Monomereinheit im Sinne dieser Begriffsbestimmung ist die gebundene Form eines Monomers in einem Polymer.
[Bearbeiten] alternative Definition
Polymere sind „Stoffe, deren Molekulargewichte bei gleicher prozentualer atomarer Zusammensetzung in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander stehen und auch gleichen inneren Aufbau aufweisen. Dabei ist die gleiche innere Struktur über das ganze Makromolekül verteilt. Weiter umfasst die Definition eines Polymeren die Eigenschaft, dass ein Polymermolekül aus n Einheiten sich nicht von einem Polymermolekül aus n-1 oder n+1 Grundbausteinen unterscheiden lässt.“[1] Hierunter fallen auch anorganische Makromoleküle, z.B. aus Elementen wie Schwefel, oder anorg. Verbindungen [-A^- - B^+ -A^- - B^+ -]. Diese können von B, Si, Al, Ti, Ge, P, As mit S oder O2 gebildet werden. Silikone (Polysiloxane) fallen auch hierunter.
[Bearbeiten] Einteilung
Polymere können je nach der Anzahl der Grundmonomere eingeteilt werden. Wichtig ist jedoch, dass mindestens eine monomere Substanz die Kette aufbaut.
- Im einfachsten Fall ist dies genau ein Monomer, Beispiele für solche Homopolymere sind PE, PP, PVC und PA6.
- Weiterhin gibt es Copolymere (Polydimere), zu denen z. B. Polyester, Polyurethane und auch einige Polyamide (PA 66) gehören.
- Natürliche Polymere, wie z. B. Proteine als Grundbausteine des Lebens, sind Poly-Polymere, da sie aus vielen Aminosäuren bestehend, aufgebaut sind.
[Bearbeiten] Polymerchemie
Die Kettenbildung, das heißt die Verbindung einzelner Monomere, geschieht durch Polyreaktionen (wie z.B. Polymerisation, Polykondensation oder Polyaddition). Dabei verbinden sich die Monomere zu Polymeren.
Polymere aus unterschiedlich gebauten Monomeren nennt man Heteropolymere oder Copolymere.
Die meisten Kunststoffe sind Polymere, bei denen der Kohlenstoff für die molekulare Kettenbildung sorgt.
Man unterscheidet isotaktische Polymere, bei denen alle Substituenten einer Polymerkette die gleiche stereoelektronische Konformation haben, wie z.B. isotaktisches Polystyrol mit Konfiguration R-R-R-R-R-... oder S-S-S-S-S-... Bei ataktischen Polymeren sind die Substituenten wahllos geordnet (eine Art Racemat). Als syndiotaktisch bezeichnet man Polymere, deren Substituenten abwechselnd aus R und S bestehen.
[Bearbeiten] Beispiele
- Synthetische Polymere auf Kohlenstoffbasis:
- PE (Polyethylen)
- PP (Polypropylen)
- PVC (Polyvinylchlorid)
- PS (Polystyrol); besser bekannt in geschäumtem Zustand als Styropor (® BASF AG)
- PTFE (Polytetrafluorethylen); Handelsname: Teflon (® E. l. Du Pont de Nemours and Company)
- PMMA (Polymethylmethacrylat); Handelsname: Plexiglas (® Röhm GmbH & Co. KG)
- PA (Polyamid), z. B. PA66 (Handelsname: Nylon) oder PA6 (Handelsname: Perlon)
- Polyester, zu dieser Produktgruppe gehören auch PC (Polycarbonat); Handelsname: Makrolon (® Bayer AG) und PET (Polyethylenterephthalat)
- Dendrimere; stark verzweigte Strukturen mit Selbstähnlichkeit
- Synthetische Polymere auf anderer Basis:
- Biopolymere:
[Bearbeiten] Ökologische Erwägungen
Gesundheitsrisiken gehen praktisch nie vom Polymer selbst aus.
Ein Beispiel dafür ist das PVC: Erst bei der Verbrennung entsteht das giftige und stark ätzende Gas Chlorwasserstoff, das sich in Wasser unter Bildung von Chlorwasserstoffsäure (Salzsäure) löst. Außerdem entstehen bei Schwelbränden in größeren Mengen Dioxine. Das Polymer PVC selbst ist lebensmittelecht und wird auf Grund seiner ausgezeichneten Gasdichtigkeit in der Medizin zum Beispiel für Blutkonserven verwendet.
Weitere Probleme können durch Zusatzstoffe entstehen, die praktisch in jedem Kunststoffgegenstand enthalten sind, wie z. B. Weichmacher. Diese werden überwiegend bei PVC eingesetzt.
[Bearbeiten] Polymerphysik
Nach ihren physikalischen Eigenschaften unterteilt man die Polymere in:
- Die Thermoplaste,
- die Elastomere und
- die Duroplaste.
Bei den Thermoplasten unterscheidet man noch zwischen (teil)kristallinen und den amorphen Thermoplasten. Polymere werden theoretisch u.a. beschrieben durch das Freely-Jointed-Chain-Modell oder das Wormlike-Chain-Modell.
[Bearbeiten] Polymerelektronik
Hier werden leitende (elektrisch aktive) Polymere zum Aufbau von polytronischen Anwendungen verwendet. Anders als in der Molekularelektronik wird die Information nicht in einzelnen Molekülen, sondern in verschieden dotierten Volumina verarbeitet.
Solche elektronischen Anwendungen sind beispielsweise:
- Funktionsschichten: UV-Filter
- Displays: OFETs, OLEDs
- RFID-Tags
- Solarzellen
- Sensoren und Aktoren
- Brennstoffzellen
- Akkus
[Bearbeiten] Quellen
- ↑ Kunz, Polymerisationstechnik; S. 11
