Polymere

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Einleitung

Polymere (griechisch polys: viel; meros: Anteil), natürliche oder synthetische Verbindungen, deren Moleküle aus einer Vielzahl kleiner Moleküle, den Monomeren, in unterschiedlicher Art und Weise zusammengebaut sind.

Die molaren Massen dieser Makromoleküle liegen über 10 000 Gramm pro Mol. Unter dem Polymerisationsgrad versteht man die Anzahl der Monomere im Makromolekül eines Polymers. Synthetisch lassen sich Polymere durch Polymerisation, Polykondensation oder durch Polyaddition herstellen.

Beispiele für natürliche Polymere sind u. a. Holz, Naturkautschuk und natürliche Harze. Synthetische Polymere sind beispielsweise Kunststoffe, Kunstfasern (siehe Nylon; Reyon) oder bestimmte Klebstoffe.

Polymere finden in der Technik und im alltäglichen Leben vielfältige Anwendungen. Eine besondere Form stellen die so genannten leitfähigen Polymere. Dabei handelt es sich um synthetische Verbindungen, die den elektrischen Strom quasi wie ein Metall leiten (siehe Leiter; Halbleiter; Bändermodell). Bis vor kurzem gelang die Herstellung derartiger Verbindungen nur durch die Vermischung aus Polymerkomponenten mit anorganischen Bestandteilen. Polymere ohne Zusatz leitfähiger anorganischer Komponenten bezeichnet man als intrinsisch leitfähige Polymere (Abkürzung ICP). Ein großtechnisch verfügbares Beispiel ist das so genannte Polyphenylenamin, das in Fachkreisen auch „organisches Metall” genannt wird. Die metallische Leitfähigkeit von Polyphenylenamin ist temperaturabhängig. Ein möglicher Anwendungsbereich für dieses leitfähige Polymer ist beispielsweise der Korrosionsschutz.

Die Herstellung des ersten rein organischen Polymers mit supraleitenden Eigenschaften gelang im Frühjahr 2001 einem Forscherteam der Bell Laboratories. Das schwefelhaltige Poly-3-hexylthiophen wird bei Temperaturen unterhalb 2,35 Kelvin (unter -270 °C) supraleitend.

Polymere können auch sensitiv für elektromagnetische Strahlung sein. In diesem Zusammenhang sind z. B. kürzlich entwickelte Polymere zu nennen, die UV-Strahlung in sichtbares Licht umwandeln.

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Einteilung der Polymere

Polymere lassen sich beispielsweise zum einen nach Art der eingesetzten Monomere oder zum anderen hinsichtlich ihrer Struktur einteilen. Zunächst können Polymere aus langen, unverzweigten, linearen Ketten, aus verzweigten Molekülen mit Seitenketten oder sogar aus dreidimensional vernetzten Ketten zusammengesetzt sein.

So genannte Homopolymere bestehen nur aus einer Monomerkomponente, während Misch- oder auch Copolymere aus zwei oder mehreren Komponenten zusammengesetzt sind. Pfropfpolymere besitzen an der einheitlichen Polymerkette andersartige Monomereinheiten als Seitenkette. Bei den Blockpolymeren wechseln sich die längeren Ketten des einen Polymers mit den Ketten eines anderen Polymers ab.

In den Makromolekülen der ataktischen Polymere liegen die organischen Reste willkürlich links und rechts von der Kohlenstoffkette des Moleküls. Bei syndiotaktischen Polymeren liegen sie in regelmäßigen Abständen links oder rechts von der Kohlenstoffkette. Und bei isotaktischen Polymeren sind alle organischen Reste zu einer Seite der Kohlenstoffkette hin ausgerichtet.

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Polymerisation

Unter dem Begriff Polymerisation versteht man im deutschen Sprachgebrauch die Reaktionen zum Aufbau von Polymeren. Im Wesentlichen unterscheidet man bei diesen Polyreaktionen Polymerisation, Polyaddition und Polykondensation. Die Polymerisation läuft als Kettenreaktion mit Kettenstart, Kettenfortpflanzung und Kettenabbruch – letzter Schritt fehlt bei den so genannten lebenden Polymeren. Kettenstart, -fortpflanzung und -abbruch gehen bei der Polymerisation so sehr ineinander über, dass sich die Polymere im Prinzip stufenlos bilden. Die Polymerisation kann durch Initiatoren (z. B. Radikale), durch Wärme, durch ionisierende Strahlung oder durch Licht ausgelöst werden. Während der Fortpflanzungs- oder Wachstumsreaktion lagern sich weitere Monomere an das wachsende Molekül an. Der Kettenabbruch erfolgt durch Disproportionierung, Rekombination oder Abbruchsreaktionen.

Im Gegensatz dazu laufen Polyaddition und Polykondensation in Stufen ab. Wie bereits der Name sagt, entstehen bei der Polyaddition die Polymere durch die mehrfach wiederholte Addition von Monomeren in Form von Einzelreaktionen. Bei der Polykondensation reagieren die Monomere in voneinander unabhängigen Einzelreaktionen unter Abspaltung von kleinen Molekülen (z. B. Wasser, Alkohol, Halogenwasserstoff).