Technische und makromolekulare Chemie (Subject) / Makromolekulare Chemie Wutz (Lesson)

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• Erklären Sie, inwiefern sich ein statistisches Copolymer aus Styrol (S) und Butadien (B) von einem S-B-S-Blockcopolymer unterscheidet hinsichtlich der Synthese, der chemischen Struktur, der physikalischen Struktur und den thermischen sowie mechanisch Synthese: SBS-Blockcopolymer -> anionische Polymerisation (P.); statistisches copolymer --> radikalische P. mechanische Eigenschaften: SBS-Blockcopolymer: vernetzter als stat. cop., weniger löslich, weniger schmelzbar. Es hat zwei Glasübergangstemperaturen (B=-80°C, S= 100°C) statistisches Copolymer besser löslich, besser schmelzbar, weniger vernetzt. Es hat nur eine Glasübergangstemperatur (SBS-Blockcopolymer Blöcke inkompatibel →Separation →thermoplastisches Elastomer.Aggregation der Styrolblöcke in Domänen mikrodispers verteilt in Butadien-Matrix.Bei RT Netzwerk (elastisch), aber fließfähig (verarbeitbar) über Schmelztemperatur (Tm) (PS).Verlustfaktor (Glasübergang))physikalische Eigenschaften: Entmischung ⇒ zwei Glasübergänge Tg,B = -80°, Tg,S= 100°C im Gegensatz zum statistischen Copolymer SBR.
• Beschreiben Sie die Synthese eines Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymers möglichst detailiert. Kapitel 5, Seite 13Styrol, Butadien, Isopren (anionisch) in Lösung(zb toluol) polymerisieren.  Der Initiator ist Butyllithium.                                                                                Lebende Polymerisation -> Das Verhältnis von Monomer und Initiator bestimmt die Blocklängen (enge Verteilung). Es gibt 3 Methoden. Die eine Methode ist sequentiell: Monomere S, B, S werden nacheinander zugegeben. Die Molekülkette wird von Anfang zum Ende aufgebaut. Beispiel SSSSSSSSSSSSSSSBBBBBBBBBBBBSSSSSSSSSSSSSSSHerstellung durch anionische Polymerisation. Inaktivierung durch Alkohol. 2. Möglichkeit ist die Kopplung. Beginn an beiden Enden des Moleküls (S + 0,5 * B) und Kopplung der beiden reaktiven Enden zB. mit Dihalogenalkanen. 3. Möglichkeit ist die multifunktionale Initiierung. Start in der Mitte des Moleküls und Aufbau nach beiden Seiten mit einem bifunktionellen Initiator.
• Was ist das mechanische Modul (G-Modul, Schermodul, Schubmodul oder Torsionsmodul genannt)? Das Schermodul ist eine Materialkonstante, die über die elastische Verformbarkeit eines Bauteils Auskunft gibt. Die Scherspannung, die beim Weissenberg-Effekt eine große Rolle spielt kann durch das Schubmodul G ausgedrückt werden. T=G*y Wirkt eine Kraft parallel zu zwei gegenüberliegenden Flächen eines Körpers, so werden beide Flächen gegeneinander verschoben oder geschert. (Zusatzwissen: Die Belastung eines Körpers auf Scherung oder Schub wird durch die Scher- oder Schubspannung τ (N/m^2) beschrieben. Diese Scherspannung kann durch den Schermodul G (N/m^2) und den Scherwinkel γ (rad) beschrieben werden: T= G* y )
• Erkläre kurz wie die koordinative Polymerisation funktioniert. Zwischen Initiator und Katalysator und dem zuletzt eingebauten Monomer ist eine koordinative Bindung. Neues Monomer wird in die Bindung eingefügt. -wird durch Übergangsmetallkomplexe (metallorganische Verbindungen) katalysiert -Monomere werden aktiviert aufgrund der WW zwischen Monomer und Metall -DB wird durch WW geschwächt und dadurch kann das nächste Monomer anlagern -Das Monomer schiebt sich zwischen Polymerkette und Katalysator -Taktizität (isotaktisch oder syndiotaktisch) wird durch Katalysatorauswahl und Monomerauswahl gesteuert. Katalysator ist sterisch kontrolliert -Bsp: Ziegler-Natta-P., Metallocen-Katalysatoren, Metathese-P.
• Nenne 4 Massenkunststoffe! Nenne 4 technische Kunsstoffe! Nenne mind. einen Hochleistungskunststoff! Massenkunststoffe: PE Verpackung, PP Verpackung, PVC Fußbodenbeläge, PS Verpackung, technische Kunststoffe: PBT Zahnbürsten, Polyamid, PC, PMMA. Sie sind alle temperaturstabiler als Massenkunststoffe und kosten ca. 4-6 €/kg.  "Technische Kunststoffe" sind thermoplastische Polymere. In der Produktion ersetzen diese technischen Kunststoffe traditionelle Bauteile, wie z.B. Metall. Hochleistungskunststoffe: PTFE (Polytetrafluorethylen) Anwendung Beschichtung Bratfanne "Teflon", PEEK (Polyetheretherketon) Anwendung Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, PEI (Polyehterimid), PES, PSU, PPS
• Was ist DSC? dynamische Differenzkalometrie. Probe wird thermisch analysiert. Die Wärmekapazität der Probe wird als Funktion der Temperatur gemessen. Phasenübergänge und Reinheit der Probe werden gemessen.
• Was ist eine lebende Polymerisation? Es gibt anionische, kationische und radikalische lebende P. Nach vollständigem Umsatz der Monomere liegen die Kettenenden immer noch aktiv vor. Funktionalisierung von Homopolymeren oder auch Darstellung von Blockcopolymeren ist möglich. Übertragungs- und Abbruchreaktionen sind nicht vorhanden.
• Erkläre kurz die Struktur von Elastomeren Beispiele für Elastomer? Kapitel 2b Seite 9 Die Moleküle in den Elastomeren sind wie bei den Duroplasten netzartig verknüpft, allerdings ist das Netz viel grobmaschiger, so dass eine Verformbarkeit möglich ist. Bsp: Latex (Polymermoleküle werden plastisch und irreversibel verformbar), Kautschuk (unvernetzte Polymere mit gummieelast. Eigenschaften), Gummi (vernetzt, elastisch verformbar, nicht schmelzbar, unlöslich)
• Was sind Duromere (Duroplaste)? nicht schmelzbar, hart und spröde, vernetzt, Herstellung: Polykondensation Anwendung: Trabi
• Was ist Thermoplast? Keine Vernetzungsstellen, schmelzbar, langkettige Moleküle durch Wasserstoffbrückenbindung gehalten. Bsp: PS Trinkbecher
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• Vergleichen Sie die Entwicklung der mittleren Molmasse mit zunehmendem Umsatz bei a) radikalischer Polymerisation, b) anionischer c) kati a) führt oft zu hohen Molmassen (ca. 1.000.000 g/mol) mit breiter Molmassenverteilung (Schultz-Flory-Verteilung) (Uneinheitlichkeit 3-10)         Wenig Initiator führt zu hohen Molmassen (schnelle Reaktion)                                                                                                    Diagramm y-Achse= Molmasse; x-Achse = Umsatz                                        Schon am Anfang des Reaktionsbeginns wird die höchste Molmasse erreicht und ist dann bis zum Ende der Reaktion (Umsatz 100 %) konstant. b) Die Molmasse steigt proportional zum Umsatz c) Die Molmasse steigt erst bei nahe 100%Umsatz auf ihre volle Molmasse.
• Erkläre an einem Beispiel was eine polymeranaloge Reaktion ist. Bei polymeranalogen Reaktionen reagieren die Makromoleküe (an funktionellen Seitengruppen), so, dass sich die chemische Zusammensetzung und Eigenschaften eines Polymers ändern, der Polymerisationsgrad bleibt jedoch gleich. Bsp: Verseifung von Polyvinylacetat (PVAc) zu Polyvinylalkohol (PVA).
• Was ist eine polymeranaloge Reaktion? nenne Bsp! Die Makromoleküle (an funktionellen Seitengruppen) reagieren so, dass die chemische Zusammensetzung und die Eigenschaften ändern sich, wobei der Polymerisationsgrad gleich bleibt.  Bsp. Verseifung von Polyvinylacetat zu Polyvinylalkohol.
• Erklären Sie: Unterschied in der chemischen Struktur zwischen Polyethylenterephthalat (PET) und Polybutylenterephthalat (PBT), Nachweis mit welcher analytischen Methode? Auswirkungen auf die molekularen Eigenschaften? unterschiedlichen Verarbeit Beides sind thermoplastische Kunststoffe. Werden durch Polykondensation hergestellt. Wasser wird frei. Beide sind aus Terephtalsäure. PET wird aus dem Monomer Ethan-1,2-diol (Glykol) hergestellt. PBT wird aus dem Monomer 1,4-Butandiol polymerisiert. Analytische Methode: Mittels IR-Spektroskopie oder auch mittels NMR-Spektroskopie kann der Unterschied gezeigt werden. PBT hat eine bessere Schlagzähigkeit als PET
• Um Eisbildung auf Strassen zu verringern, wird Salz gestreut. Warum hätte es keinen Sinn, wasserlösliches Polymer zu streuen, selbst wenn der Kilopreis derselbe wär? Wasser (alkohol auch) ist ein polares Lösungsmittel und daher ungeeignet als Lösungsmittel für Polymere, weil sie mit dem Initiator reagieren würden.
• Erklären Sie warum in einer polarisationsmikroskopischen Aufnahme die Schmelze schwarz erscheint, die sphärolithisch kristallisierten Bereiche jedoch hell mit einem schwarzen Kreuz. Kapitel 4 Seite 12/13 Polarisationsmikroskop:                                                                polarisiertes Licht macht durch Doppelbrechung (zwei Strahlen entstehen, die senkrecht zueinander polarisiert sind) anisotrope Körper (zB. Kristalle) sichtbar.                                                                           Anstelle Brechungsindex gibt es in anisotropen Körpern den Indikatrix. Aus der Schnittfläche aus der Strahlnormalen mit der Indikatix ergiben sich die Brechungsindices der beiden Strahlen.                                        Durch unterschiedliche Fortpflanzungsgeschwindigkeiten ist der interferierende Strahl circular polarisiert und enthält Komponenten,die der Analysator durch lässt. Trifft der linear polarisierte Strahl eine Hauptachse der Indikarix⇒keine Doppelbrechung Wenn Durchlassrichtung von Polarisator und Analysator gekreuzt ist, bleiben isotrope Bereiche (zB. amorphe Schmelze) schwarz. Die amorphen Bereiche sind überall im Sphärolithen. Es kommt dann nicht zur Doppelbrechung, wenn das linear polarisierte Licht auf eine der Halbachsen der Indikatrix trifft. Das ist am Äquator und Meridian des Sphärolithen der Fall.
• Erklären Sie detailliert, wie man mittels DSC oder Röntgenweitwinkelstreuung den Kristallisationsgrad eines Polymeren bestimmen kann. Kapitel 4 Seite 15 unten Differential Scanning Calorimetry DSC: Schmelzen der Kristalle endotherm; Kristallisationsgrad proportional zur Schmelzwärme                                                                                                        Probe und Referenzprobe werden gleiche T ausgesetzt.Durch Phasenänderungen zB. Schmelzen (endotherm) oder Kristallisation (exotherm) kommt es zu delta T im Vergleich zur Referenz.Der Wärmestrom für den Temperaturausgleich wird registriert.Dient der Bestimmung von• Glasübergangstemperatur• Schmelztemperatur• Kristallisationsgrad• weitere Phasenübergänge  

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