Makromolekulare Chemie: Eine Einführung

Die Makromolekulare Chemie (Polymerchemie) beschäftigt sichmit der Synthese, Isolierung, Charakterisierung und Modifi zierungvon großen Molekülen (Polymere). Diese Molekülekönnen aus bis zu Hunderttausenden gleicher oderunterschiedlicher Bausteine (Monomere) bestehen und sind meistensals Ketten oder Netzwerke angeordnet. Neben den Biopolymeren (z.B.Zellulose, Enzyme, DNS) sind vor allem die synthetischen PolymerePolyethylen, Polypropylen, PVC, Polystyrol (Styropor), Nylon oderTefl on von großem Interesse.

Die dritte Auflage der Makromolekularen Chemie wurdekomplett überarbeitet und aktualisiert, wobei dasbewährte Konzept, die Synthese, Charakterisierung,Eigenschaften und Reaktionen von Polymeren klar und anschaulichdarzustellen, beibehalten wurde. Es gibt neue Kapitel zu aktuellenTrends in der Polymerchemie, z.B. Polymerblends, Polymere durchpalladiumkatalysierte Kreuzkupplung, enzymatische
Polymerisation, Polymere für die Optoelektronik,ferroelektrische Polymere und MALDI–TOF–Massenspektrometrie zurCharakterisierung von Polymeren. Außerdem wurde jedes Kapitelum eine kurze Zusammenfassung der wichtigsten Inhalte erweitert.Das Buch ist unentbehrlich für Studenten der Chemie undMaterialwissenschaften im Bachelor– und Masterstudiengang, die dieentsprechende Vorlesung nachbereiten bzw. sich auf die Prüfungvorbereiten wollen, aber auch für (Polymer–)Chemiker, die sichschnell und erfolgreich in das Gebiet einarbeiten wollen.

Vorwort zur ersten Auflage IX

Vorwort zur zweiten Auflage XI

Vorwort zur dritten Auflage XIII

Verzeichnis häufig verwendeter Formelzeichen XV

1 Grundlegende Bemerkungen und Definitionen 1

1.1 Historisches 1

1.2 Begriffsdefinitionen 3

1.3 Klassifizierungen 5

1.4 Nomenklatur 6

1.5 Molekulargewicht und Polymerisationsgrad 8

1.6 Thermisches Verhalten: Tg und Tm 11

1.7 Mechanisches Verhalten 11

1.8 Verarbeitung 13

1.9 Das Wichtigste im Überblick 13

2 Synthetische Makromolekulare Chemie 15

2.1 Stufenwachstumsreaktion (Polykondensation und Polyaddition)15

2.1.1 Lineare Stufenwachstumsreaktion 15

2.1.2 Carothers–Gleichung 17

2.1.3 Kinetik 19

2.1.4 Molekulargewichtsverteilung 21

2.1.5 Molekulargewichtsmittelwerte und Polydispersität23

2.1.6 Technisch genutzte Polymere 24

2.1.7 Nichtlineare Stufenwachstumsreaktion 35

2.1.8 Technisch genutzte Netzwerkpolymere 39

2.1.9 Das Wichtigste im Überblick 59

2.2 Kettenwachstumsreaktion 60

2.2.1 Radikalische Polymerisation 62

2.2.2 Anionische Polymerisation 98

2.2.3 Kationische Polymerisation 117

2.2.4 Stereochemie der Polymere 129

2.2.5 Koordinative Polymerisation an Übergangsmetallen139

2.2.6 Das Wichtigste im Überblick 153

2.3 Polymerkombinationen 156

2.3.1 Copolymere 156

2.3.2 Polymermischungen 174

2.3.3 Das Wichtigste im Überblick 181

2.4 Sonstige Polymerisationsmethoden 182

2.4.1 Polymere durch palladiumkatalysierte Kreuzkupplung 183

2.4.2 Oxidative Kupplung 185

2.4.3 Enzymatische Polymerisation 188

2.4.4 Azyklische Dienmetathese–Polymerisation 193

2.4.5 Polyrekombination 195

2.4.6 Polymere durch chemische Gasphasenabscheidung 197

2.4.7 Festkörperpolymerisation 199

2.4.8 Das Wichtigste im Überblick 203

2.5 Chemische Reaktionen an Polymeren 204

2.5.1 Polymeranaloge Reaktionen 205

2.5.2 Technisch durchgeführte Polymermodifizierungen207

2.5.3 Vernetzungsreaktionen von Polymeren 212

2.5.4 Abbaureaktionen von Polymeren 215

2.5.5 Alterung von Polymeren 217

2.5.6 Stabilisierung von Polymeren 219

2.5.7 Das Wichtigste im Überblick 222

2.6 Polymere mit besonderen Eigenschaften 222

2.6.1 Elektrisch leitfähige Polymere 222

2.6.2 Polymere für die Optoelektronik 225

2.6.3 Ferroelektrische Polymere 229

2.6.4 Polyelektrolyte 232

2.6.5 Flüssigkristalline Polymere 236

2.6.6 Biologisch abbaubare Polymere 241

2.6.7 Das Wichtigste im Überblick 243

2.7 Kunststoffverarbeitung 244

2.7.1 Verarbeitung von Thermoplasten 245

2.7.2 Verspinnen von Polymeren 246

2.7.3 Verarbeitung von Duroplasten und Polyurethanen 249

2.7.4 Verarbeiten von Faserverbundwerkstoffen 251

2.7.5 Das Wichtigste im Überblick 252

2.8 Verwertung von Kunststoffabfällen 253

2.8.1 Das Wichtigste im Überblick 255

3 Charakterisierung von Polymeren 257

3.1 Polymere in Lösung 257

3.1.1 Konformation von Kohlenwasserstoffen 257

3.1.2 Die frei drehbare Kette 258

3.1.3 Die reale Kette 260

3.1.4 Thermodynamik von Polymerlösungen 260

3.1.5 Das Wichtigste im Überblick 268

3.2 Bestimmung von Mn 268

3.2.1 Membranosmometrie 268

3.2.2 Dampfdruckosmometrie 271

3.2.3 Endgruppenanalyse 273

3.3 Bestimmung von Mw 274

3.3.1 Lichtstreuung an Polymerlösungen 274

3.3.2 Lichtstreuung großer Moleküle 276

3.3.3 Röntgen– und Neutronen–Kleinwinkelstreuung 279

3.4 Bestimmung von M 281

3.4.1 Viskosität von Polymerlösungen 281

3.4.2 Mark–Houwink–Beziehung 283

3.4.3 Flory–Fox–Theorie 283

3.5 Bestimmung der Molekulargewichtsverteilung 284

3.5.1 Gelpermeationschromatografie 284

3.5.2 MALDI–TOF–Massenspektrometrie 286

3.5.3 Andere Methoden 287

3.6 Bestimmung der chemischen Struktur und der sterischenKonfiguration 288

3.6.1 NMR–Spektroskopie 288

3.6.2 Taktizitätsanalyse mittels NMR–Spektroskopie 289

3.6.3 Infrarotspektroskopie 290

3.6.4 Das Wichtigste im Überblick 293

4 Polymere im festen Zustand 295

4.1 Struktur 295

4.1.1 Kristallinität von Polymeren 295

4.1.2 Bestimmung der Kristallstruktur 296

4.1.3 Kristallstrukturen von Polymeren 298

4.1.4 Polymerkristalle aus verdünnter Lösung 300

4.1.5 Schmelzkristallisierte Polymere 301

4.1.6 Kristallisationsgrad 302

4.1.7 Einflüsse auf die Kristallisation 305

4.1.8 Defekte in kristallinen Polymeren 306

4.1.9 Kinetik der Kristallisation 307

4.1.10 Molekulare Mechanismen der Kristallisation 311

4.1.11 Das Wichtigste im Überblick 314

4.2 Thermisches Verhalten 315

4.2.1 Schmelzbereich und Gleichgewichtsschmelzpunkt 315

4.2.2 Schmelztemperatur und Kristalldicke 316

4.2.3 Experimentelle Charakterisierung des thermischenVerhaltens 316

4.2.4 Faktoren, die den Schmelzpunkt beeinflussen 318

4.2.5 Die Glastemperatur 321

4.2.6 Faktoren, die die Glastemperatur beeinflussen 323

4.2.7 Das Wichtigste im Überblick 327

4.3 Mechanische Eigenschaften 327

4.3.1 Phänomene 327

4.3.2 Energieelastizität 328

4.3.3 Entropie– oder Gummielastizität 330

4.3.4 Viskoelastizität 338

4.3.5 Elastizitätsmessungen 345

4.3.6 Dynamische Messung 350

4.3.7 Das Wichtigste im Überblick 356

Beispiele für thermoplastische, elastomere undfaserbildende Kunststoffe 359

Referenzen und weiterführenden Literatur 363

Stichwortverzeichnis 373

Bernd Tieke hat Chemie an der Universität Mainzstudiert, 1978 an der Universität Freiburg promoviert und sich1987 an der Universität Bayreuth für das FachMakromolekulare Chemie habilitiert. Nach mehreren JahrenForschungstätigkeit in der chemischen Industrie wurde er 1992Professor am Institut für Physikalische Chemie derUniversität zu Köln. Anfang 2014 trat er in denRuhestand. Zu seinen Forschungsgebieten zählten intelligenteHydrogele, ultradünne Trennmembranen und konjugierte Polymerefür elektronische Anwendungen.

"....an overview over fundamental spheres in macromolecular chemistry."
Macromolecular Chemistry and Physics