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VerhakungsnetzwerkZoomA-Z

Verhakungsnetzwerke sind physikalische Netzwerke aus Makromolekülen, bei deren Ausbildung keinerlei chemische Bindungen entstehen oder geändert werden. Die Verhakung der einzelnen Molekülketten ist ein rein mechanischer Prozess, bei dem sich einzelnen Bereiche der Makromoleküle verschlingen.

Bei schnellen Krafteinwirkungen wirken die Verhakungen so, ab ob die Moleküle miteinander vernetzt wären (wie in einem verworrenen Wollknäuel, den man mit einem Griff als zusammenhängenden Haufen aufheben kann), in langen Zeiträumen und bei sehr langsamen Krafteinwirkungen lösen sich die Verhakungen aufgrund der normalen thermischen Molekularbewegung auf (aus dem Wollknäuel kann man mit großem Zeitaufwand auch die einzelnen Wollfäden herausziehen), in anderen Bereichen können dabei jedoch wieder neue Verhakungen entstehen.

Mit Verhakungen ist immer zu rechnen, wenn die Anzahl der Makromoleküle in einem bestimmten Volumen so groß ist, dass sie nicht mehr wechselwirkungsfrei und isoliert voneinander vorliegen. Damit ist in konzentrierten Lösungen und in Polymerschmelzen stets mit Verhakungsnetzwerken zu rechnen. Eine Bedingung ist allerdings, dass die Makromoleküle eine Mindestlänge besitzen (ausgedrückt in einer kritischen Molmasse, der so genannten Entanglement-Molmasse). Da die Makromoleküle bei Deformationen nicht vollständig voneinander abgleiten können, speichern sie einen Teil der Deformationsenergie z.B. bei der Passage von Düsen während der Verarbeitung in Form einer elastischen Verformung und geben diese Energie nach Entfallen der einwirkenden Kräfte wieder ab. In der Folge kommt es zu einer Strangaufweitung beim Spritz- oder Spinnprozess.

Die Netzwerkdichte von Verhakungsnetzwerken kann aus Messungen des osmotischen Druckes bestimmt werden, die Polymerkonzentrationen in der verwendeten Lösung einen kritischen Wert überschritten hat. Im Gegensatz zu kovalenten Netzwerken lösen sich Verhakungsnetzwerke in guten Lösungsmitteln vollständig auf, da die Makromoleküle so viel Raum erhalten, dass sie isoliert voneinander vorliegen können.

Lerneinheiten, in denen der Begriff behandelt wird

Physikalische NetzwerkeLevel 220 min.

ChemieMakromolekulare ChemiePolymere Netzwerke

Die Besonderheiten der physikalischen Vernetzung von Polymeren werden vorgestellt. Insbesondere wird auf die Bedeutung von Wasserstoff-Brückenbindungen eingegangen. Auch Verhakungsnetzwerke als Beispiele für eine rein mechanische Vernetzung werden erwähnt.