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Taktizität von Polymeren 06:08 min

Textversion des Videos

Transkript Taktizität von Polymeren

Guten Tag und herzlich willkommen. Dieses Video heißt „Taktizität von Polymeren - Grundkurs“. Der Film gehört zur Reihe „Kunststoffe“. Als Vorkenntnisse für diesen Film solltet ihr vor allem Kenntnisse wichtiger Kunststoffe mitbringen. Mein Ziel ist es, dass ihr in diesem Video ein Verständnis der Taktizität erlangt. Den Film habe ich in fünf Abschnitte untergliedert. Erstens: kristalline und amorphe Polymere, Zweitens: die Struktur bestimmt den Unterschied, Drittens: Taktizität, Viertens: Struktursteuerung und Fünftens: Zusammenfassung. Erstens: kristalline und amorphe Polymere. Die Vielzahl der Polymere kann man in zwei kleine Grüppchen zu jeweils drei Vertretern anordnen. Zum einen haben wir Polyethylen, Polyoxymethylen und Polytetrafluorethylen. Zum anderen Grüppchen gehören die Kunststoffe Polyvinylchlorid, Polystyrol und Polyvinylfluorid. Die drei linken Vertreter tauchen meistens kristallin auf, während die drei rechten Vertreter meist amorph sind. Welche Erklärung kann man für diese unterschiedlichen Eigenschaften liefern? Zweitens: die Struktur bestimmt den Unterschied. Wenn wir uns die Polymere, die ich rechts dargestellt hatte, einmal anschauen, so können wir für sie unterschiedliche Strukturen feststellen. Nehmen wir einmal an, wir haben es mit Polyvinylchlorid zu tun. Dann können wir einmal eine statistische, das heißt unregelmäßige Anordnung der Substituenten feststellen. Wenn alle Substituenten in die gleiche Richtung zeigen, haben wir eine regelmäßige Anordnung. Vergleichen wir einmal beide Anordnungen, unregelmäßig und regelmäßig. Wie schaut es mit der Kristallinität aus? In einem Fall ist die Kristallinität hoch. Klar ist, dass hier die Anordnung nicht unregelmäßig, sondern regelmäßig ist. Bei der unregelmäßigen Struktur sind die Polymerstränge zufällig im Raum angeordnet. Im engen Zusammenhang damit steht die entsprechende Erweichungstemperatur, für eine regelmäßige strukturelle Anordnung ist sie relativ hoch, bei einer unregelmäßigen molekularen Struktur ist sie ungleich niedriger. Mechanische Beanspruchung führt bei regelmäßigen Strukturen seltener zum Bruch als das bei unregelmäßigen Strukturen der Fall ist. Und nun kommen wir zum Kernpunkt des Videos, Drittens: Taktizität. Für Polymere ohne Substituenten an der Kette ist der Begriff der Taktizität sinnlos. Dazu gehören die Polymere, die ich am Anfang links abgebildet hatte, Polyethylen, Polyoxymethylen und Polytetrafluorethylen, mit Markennamen Teflon. Diese Kunststoffe sind strukturbedingt regelmäßig aufgebaut, daher sind sie kristallin, relativ hochschmelzend und widerstandsfähig gegen mechanische Beanspruchung. Für Polymere mit einem Substituenten in der Einheit, zum Beispiel Polyvinylchlorid, gibt es drei mögliche Strukturen. Schaut euch einmal bitte diese drei Strukturen an. Die erste nennt man isotaktisch, diese hier heißt syndiotaktisch und schließlich diese Struktur bezeichnet man als ataktisch. Bei der isotaktischen Struktur liegen die Substituenten auf einer Seite, bei der syndiotaktischen Struktur wechseln die Substituenten die Seiten regelmäßig, bei der ataktischen Struktur sind die Substituenten unregelmäßig angeordnet. Wir stellen fest: regelmäßig bedeutet isotaktisch oder syndiotaktisch, während unregelmäßig ataktisch heißt. Durch radikalische Polymerisation hergestelltes Polyvinylchlorid ist ataktisch. Der so hergestellte Kunststoff ist amorph, hat einen niedrigen Erweichungspunkt und ist mechanisch labil. Viertens: Struktursteuerung. Gibt es nun vielleicht doch die Möglichkeit, isotaktisches Polyvinylchlorid herzustellen? Für die Herstellung von Polyvinylchlorid benötigen wir Vinylchlorid. Es kommt zur Polymerisation. Wenn wir einen Initiator verwenden, bedeutet das, dass die Reaktion radikalisch abläuft, in diesem Fall erhalten wir einen Kunststoff mit ataktischer Struktur. Anders verhält es sich, wenn man einen Katalysator benutzt, ein Gemisch aus Triethylaluminium und Titan(IV)-chlorid. Diesen Katalysator bezeichnet man auch als Ziegler-Natta-Katalysator. Im Ergebnis erhält man eine wunderschöne isotaktische Struktur des Kunststoffs. Wir merken uns: Die radikalische Polymerisation liefert ein ataktisches, das heißt unregelmäßig gebautes, Makromolekül, bei Polymerisation mit Ziegler-Natta-Katalysator ist das Makromolekül isotaktisch. All das Gesagte gilt natürlich auch für andere Substituenten. Fünftens: Zusammenfassung. Isotaktische Polymere sind regelmäßig aufgebaut, ataktische unregelmäßig. Im ersten Fall schmilzt der Kunststoff relativ hoch, im zweiten relativ niedrig. Isotaktische Kunststoffe sind meist kristallin, ataktische meist amorph. Gegenüber mechanischer Beanspruchung sind isotaktische Polymere beständiger als ataktische. Isotaktische Polymere kann man durch den Einsatz von Ziegler-Natta-Katalysatoren verwenden, ataktische Polymere entstehen bei der herkömmlichen radikalischen Polymerisation. Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute, auf Wiedersehen!