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Transkript Taktizität von Polymeren (Expertenwissen)

Guten Tag und herzlich willkommen! Dieses Video heißt: Taktizität von Polymeren, Leistungskurs. Der Film gehört zur Reihe Kunststoffe. Als nötiges Vorwissen solltest du das Chemiewissen der 11. Klasse beherrschen und gleichzeitig gute Kunststoffkenntnisse aus den bereits vorhandenen Videos besitzen. Mein Ziel ist es, dir in diesem Video Vorstellungen über strukturelle Möglichkeiten von Polymermolekülen zu vermitteln und ihre Eigenschaften daran zu erklären. Der Film ist in 7 Abschnitte unterteilt:

  1. Kristallin oder amorph
  2. Regelmäßig oder unregelmäßig
  3. Taktizität und Eigenschaften
  4. Kautschuk und Guttapercha
  5. Höhere Kapazitäten
  6. Kann man isotaktische Polymere synthetisieren?
  7. Zusammenfassung  
  8. Kristallin oder amorph Schauen wir uns einmal dieses kleine Grüppchen von Kunststoffen an. Polyethylen, Polyoxymethylen und Polytetrafluorethylen. Diese drei Polymere sind kristallin. Auf der anderen Seite betrachten wir Polyvinylchlorid, Polystyrol und Polyvinylfluorid. Diese 3 Kunststoffe sind amorph. Warum ist das so? Dieser Frage wollen wir in dem Video nachgehen.

  9. Regelmäßig oder unregelmäßig Häufig kann man die physikalischen Eigenschaften mit der Struktur erklären. Schauen wir uns einmal diese Polymerstruktur an, sie ist regelmäßig. Es handelt sich hierbei um Polyethylen. Regelmäßige Strukturen zeigen auch Polyoxymethylen und Polytetrafluorethylen. Ist ein Substituent vorhanden, gibt es auch eine regelmäßige Struktur. Hier handelt es sich um Polyvinylchlorid. Auch bei Polystyrol und Polyvinylfluorid finden wir diese Regelmäßigkeit. Diese Molekülstruktur nennt man isotaktisch. Wenn der Substituent die Seiten wechselt, so nennt man die entsprechende Struktur syndiotaktisch. Der 3. Fall tritt ein, wenn der Substituent unregelmäßig an der Kette angeordnet ist. Dann nennt man die Struktur ataktisch.

  10. Taktizität und Eigenschaften In der Praxis hat man es meist mit isotaktischen oder ataktischen Strukturen zu tun. Bei der isotaktischen Struktur ist der Substituent jeweils auf der einen Seite der Kette. Bei der ataktischen Struktur ist der Substituent unregelmäßig auf beiden Seiten der Kette angeordnet. Im Ergebnis ist die Kristallinität beider Strukturen verschieden. Isotaktische Polymere sind meistenteils kristallin. Ataktische Polymere sind amorph. Die Erweichungstemperatur bei isotaktischen Polymeren ist relativ hoch. Dem gegenüber haben ataktische Polymere eine relativ niedrige Erweichungstemperatur. Auch die mechanische Beständigkeit zeigt Unterschiede. Isotaktische Polymere sind innerhalb der Kunststoffe relativ beständig. Die Beständigkeit bei ataktischen Kunststoffen ist erheblich geringer. Ich möchte noch einmal betonen, dass alle Eigenschaften relativ und im Vergleich zu anderen Polymeren zu verstehen sind.

  11. Kautschuk und Guttapercha Nach wie vor ist Naturkautschuk ein wichtiger Rohstoff für Gummi. Das sind die Blätter des Kautschukbaumes. Hier sieht man einen Kautschukbaum innerhalb einer Plantage. Und so wird Latex gewonnen. Einen Teil des Naturkautschuks nennt man einfach Kautschuk oder Gummi. Ein Ausschnitt des Polymers lässt sich mit dieser Formel darstellen. Das Gummimolekül ist cis-taktisch. Die cis-Orientierung bezieht sich auf die Ausrichtung der Hauptkette. Neben dem Kautschukmolekül gibt es auch dieses Molekül. Die entsprechende Verbindung heißt Guttapercha. Man erhält sie bei der Gewinnung von Naturkautschuk. Guttapercha hat die Konsistenz eines Harzes. Heute hat Guttapercha nur Bedeutung in der Seidentuchmalerei und in der Zahnmedizin. Das Guttaperchamolekül ist trans-taktisch aufgebaut. Die trans-Stellung bezieht sich auf die Ausrichtung der Hauptkette.
  12. Höhere Taktizitäten Der Grad der Taktizität wird durch die Zahl der asymmetrischen Zentren bestimmt. Betrachten wir Vinylchlorid. In einer Polymereinheit findet man ein chirales Zentrum. Die Einheit des Fluorchlorpolyethylens besitzt zwei asymmetrische Zentren. Demzufolge ist das 1. Polymer monotaktisch und das 2. ditaktisch. Es folgen tritaktisch, tetrataktisch und so weiter. Wir wollen den ditaktischen Fall kurz besprechen. Sind in der polymeren Einheit die Substituenten auf unterschiedlichen Seiten angeordnet, so spricht man von erythro. Liegen die Substituenten auf der gleichen Seite, so nennt man die Struktur threo. Im 1. Fall sieht ein Ausschnitt der Polymerkette vereinfacht so aus. Das Makromolekül ist erythro-di-isotaktisch. Bei der threo Konfiguration sieht ein Ausschnitt aus dem Polymermolekül so aus. Alle Substituenten liegen auf der gleichen Seite des Makromoleküls. Die Struktur ist threo-di-isotaktisch.
  13. Kann man isotaktische Polymere synthetisieren? Nehmen wir ein einfach substituiertes Ethylenmolekül und lassen es substituieren. Bei der radikalischen Polymerisation erhält man eine unregelmäßige Struktur. Eine solche unregelmäßige Struktur haben wir als ataktisch bezeichnet. Arbeitet man katalytisch, so erhält man eine isotaktische Struktur. 2 Möglichkeiten der Katalyse gibt es. Zum einen, den Ziegler/Natta Katalysator, der aus einem Gemisch von Triethylaluminium und Titan 4 Chlorid besteht. Die 2. Möglichkeit ist die Katalyse durch sogenannte Metallocene, Kaminsky Katalysatoren.
  14. Zusammenfassung Bei der Taktizität unterscheidet man zwischen isotaktisch, syndiotaktisch und ataktisch. Im 1. Fall ist der Substituent immer auf der gleichen Seite der Kette angeordnet. Im 2. Fall wechselt er ständig die Seiten der Kette. Im 3. Fall ist er stochastisch angeordnet. Isotaktische Polymere sind kristallin und haben einen hohen Erweichungspunkt. Ataktische Polymere sind amorph und haben einen relativ niedrigen Erweichungspunkt. Isotaktische Polymere sind mechanisch mehr belastbar als ataktische. Außerdem trifft man Kunststoffe an, die cis-taktisch sind, wie zum Beispiel natürlichen Kautschuk. Trans-taktisch ist das entsprechende Isomer: Guttapercha. Bei ditaktischen Polymeren trifft man die Anordnungen threo und erythro. Die radikale Polymerisation liefert ataktische Polymere, während eine katalytische Polymerisation isotaktische Polymere ergibt. Als Katalysatoren werden der Ziegler/Natta Katalysator oder Kaminsky Katalysatoren verwendet. Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute, auf Wiedersehen!
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