Copolymerisation

Die Copolymerisation ist mit der Polymerisation gleichzusetzen. Was sie von der "einfachen" Polymerisation unterscheidet, ist die Tatsache, dass statt einer Monomersorte mehrere Monomersorten polymerisiert werden.

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Das Produkt der Copolymerisation ist ein Copolymer.

Allgemeines

Copolymerisation macht eine Vielzahl von Werkstoffen zugänglich. Durch Abstimmung der Art und Molverhältnisse der Monomeren im Polymer lassen sich viele Eigenschaften über einen weiten Bereich variieren. Eine wichtige Klasse sind die thermoplastischen Elastomere. Diese werden bei erhöhter Temperatur zu Thermoplasten und können wie diese einfach verarbeitet werden. Nach Erkalten zeigen sie wieder (gummi)elastische Eigenschaften. Auch Weichmachung (Innere Weichmachung) ist durch Copolymerisation erreichbar. Ein externer Weichmacher wird dann nicht mehr benötigt.

Reaktionsthermodynamik

Für die Prozessführung der Synthese ist es wichtig zu wissen, welche Zusammensetzung das Copolymere haben soll. Dementsprechend müssen die Monomere eingesetzt werden. Betrachtet man zunächst die Synthese eines Copolymeren aus zwei Monomeren (für höhere Systeme gilt das Modell entsprechend). Grundsätzlich sind vier Einzelreaktionen am Kettenende eines Makromeleküls zu dessen Propagation möglich:

$-M1 + M1 \to -M1-M1 \qquad k_{11}$

$-M1 + M2 \to -M1-M2 \qquad k_{12}$

$-M2 + M1 \to -M2-M1 \qquad k_{21}$

$-M2 + M2 \to -M2-M2 \qquad k_{22}$

Aus den vier Gleichgewichtskonstanten erstellt man nun Quotienten, die auch Copolymerisationsparameter genannt werden:

$r_1=\frac{k_{11}}{k_{12}}$ und $r_2=\frac{k_{22}}{k_{21}}$

Die Parameter geben die Wahrscheinlichkeit an, mit der das Monomer M1 oder M2 an ein Kettenende angelagert wird, welches eine M1 oder M2 Gruppe trägt.

Ist z.B. $r 1 < 1$ , wird das Monomer 2 bevorzugt an das Kettenende 1 angelagert. Für $r 1 > 1$ ist es genau umgekehrt. Sind beide Parameter gleich eins, so ist keine der vier Reaktionen bevorzugt, und es kommt zu einem rein statistisch verteilten Copolymer. Aus dem Geschwindigkeitsgesetz

$\frac{dM1}{dM2} = \frac{m1}{m2}= \frac{M1}{M2} \cdot \frac{r_1 M1 + M2}{r_2 M2+M1}$

lassen sich die Molenbrüche im Polymer berechnen, da der Quotient von Geschwindigkeitskonstanten eine Gleichgewichtskonstante ist. Trägt man den Molenbruch einer Monomerspezies im Reaktionsansatz gegen ihren Molenbruch im Polymer auf, so erhält man das abgebildete Copolymerisationsdiagramm. Der Schnittpunkt der Kurvern mit der Winkelhalbierenden (hier grün) stellt den Azeotropen Punkt dar. Wird eine Reaktion unter diesen Bedingungen geführt, ist der Molenbruch einer Spezies im Reaktionsansatz genauso groß wie im resultierenden Polymer. In anderen Fällen kommt es zu einer Verschiebung des Molenbruchs während der Reaktion. Dies wird als Drift bezeichnet.

Siehe auch

Copolymer

Kategorie: Chemische Reaktion

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