Institut fr Technische Chemie und PolymerchemieAbteilung Polymerchemie

POLYMER PRAKTIKUM

GrundlagenVersuchsbeschreibungen

Ausgearbeitet von

N. Dingenouts, A. Horvath

- Mrz 2015 -

Fr die engagierte Mitarbeit bei der experimentellen Ausarbeitung der ein-zelnen Versuchsvorschriften mchte ich mich an dieser Stelle auch bei FrauDr. M. Schneider, Herrn W. Arbogast, Frau D. Krzysewski und Frau S. Wehrlebedanken.

A. Horvath

Fr die Mitarbeit von Frau H. Hrig und Herrn W. Arbogast bei der Erstel-lung und ihre Kontrolle der stetig sich ndernden Versuchsvorschriftenmchte ich mich hier an dieser Stelle bedanken.

Herr M. Kempf danke ich fr die Ausarbeitung der anionischen Polymerisa-tion und die berarbeitung des Kaptitels Anionik. Herr K. F. Ratzsch dankeich fr die Ausarbeitung des NMR-Kapitels.

Herr T. Junkers, Frau A. Goldmann und Herr Prof. C. Barner-Kowollik dankeich fr die Ausarbeitung der Versuche RAFT-Polymerisation, Puls-Laser-Po-lymerisation, Elektrospray Ionisierungs Massenspektrometrie (ESI-MS)und ATRP sowie die Erstellung der entsprechenden Kapitel der Theorie.

N. Dingenouts

Inhaltsverzeichnis I

Polymerpraktikumsskript - Inhaltsbersicht

I Makromolekulare Materialen......................................................................................................................................... 1

I.1 Klassifizierung polymerer Materialien ....................................................................................................................... 1

I.2 Polymerisationsgrad und Polydispersitt................................................................................................................. 3

I.3 Konstitution von Polymeren.......................................................................................................................................... 3

I.3.1 Konstitutionsisomerie............................................................................................................................................. 3

I.3.2 Copolymere................................................................................................................................................................ 4

I.4 Konfiguration von Polymeren (Taktizitt)................................................................................................................. 4

I.4.1 Konfigurationsisomerie.......................................................................................................................................... 5

I.4.2 Cis-trans - Isomerie.................................................................................................................................................. 6

I.5 Topologie (Struktur) von Polymeren.......................................................................................................................... 6

I.6 Konformation von Polymeren....................................................................................................................................... 7

II Synthese von Polymeren................................................................................................................................................ 8

II.1 Chemische Thermodynamik der Polyreaktionen ................................................................................................8

II.2 Polymerisation................................................................................................................................................................. 10

II.2.1 Radikalische Polymerisation............................................................................................................................. 10II.2.1.1 Reaktionsschema der radikalischen Polymerisation................................................................................11II.2.1.2 Homogene radikalische Polymerisation - Verfahren ..............................................................................13II.2.1.3 Kinetik der Homopolymerisation.................................................................................................................... 15II.2.1.4 Emulsionspolymerisation (EP).......................................................................................................................... 26II.2.1.5 Copolymerisation in homogener Phase ...................................................................................................... 33

II.2.2 Kontrollierte/Lebende Radikalische Polymerisation................................................................................37II.2.2.1 Definition/Klassifizierung................................................................................................................................... 37II.2.2.2 Nitroxid-Vermittelte Polymerisation (NMP)................................................................................................38II.2.2.3 Atom Transfer (Radikalische) Polymerisation (ATRP)...............................................................................39II.2.2.4 Reversible Addition Fragmentierung Transfer Polymerisation (RAFT)..............................................42

II.2.3 Anionische (Living-) Polymerisation.............................................................................................................. 44II.2.3.1 Allgemeiner berblick........................................................................................................................................ 44II.2.3.2 Reaktionsmechanismen...................................................................................................................................... 46II.2.3.3 Abhngigkeit des Polymerisationsgrades von der Initiatorkonzentration und vom Umsatz; Polydispersitt........................................................................................................................... 49II.2.3.4 Polyisopren............................................................................................................................................................. 50

II.2.4 Koordinative Polymerisation............................................................................................................................ 53II.2.4.1 Mechanismus der Polymerisation mit komplexen Initiatoren..............................................................53II.2.4.2 Eigenschaften koordinative hergestellter Polymere.................................................................................54

II.3 Polykondensation und Polyaddition (Stufenwachstum).................................................................................56

II.3.1 Reaktionsschema, Kettenwachstum, Stchiometrie und Polymerisationsgrad.............................................................................................................56

II.3.2 Kinetik der Polykondensation in homogenen Systemen......................................................................59

II Inhaltsverzeichnis

II.3.2.1 Polyestersynthese: Externe Katalyse..............................................................................................................60II.3.2.2 Polyestersynthese: Selbstkatalyse................................................................................................................... 61

II.3.3 Verfahren der Polykondensation.................................................................................................................... 61II.3.3.1 Polykondensationen in homogener Phase..................................................................................................61II.3.3.2 Polykondensation in heterogenen Systemen.............................................................................................62II.3.3.3 Ungesttigte Polyester....................................................................................................................................... 63

II.4 Reaktionstechnische Besonderheiten der Polymersynthese.........................................................................64

III Polymereigenschaften und Charakterisierungsmethoden.............................................................................65

III.1 Charakterisierungsmethoden fr Polymere........................................................................................................ 65

III.2 Mittlere Molmasse und Polydispersitt von Polymeren................................................................................68

III.2.1 Mittelwerte der Molmasse bzw. des Polymerisationsgrades..............................................................68III.2.1.1 Zahlenmittel Mn (Pn) ....................................................................................................................................... 68III.2.1.2 Massen- (oder Gewichts-)mittel Mw (Pw) ................................................................................................69III.2.1.3 Z - Mittel Mz (Zentrifugationsmittel)........................................................................................................... 69III.2.1.4 Viskosittsmittel M (P) .............................................................................................................................. 69III.2.1.5 Vergleich der verschiedenen Mittelwerte...................................................................................................69

III.2.2 Molmassenverteilungen.................................................................................................................................... 70III.2.2.1 Standardverteilung von Polymeren (Schulz-Flory-Verteilung)...........................................................71III.2.2.2 Typische Breite vo