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VernetzungsgradZoomA-Z

Der Vernetzungsgrad ist ein quantitatives Maß zur Charakterisierung von polymeren Netzwerken. Er wird berechnet als Quotient aus der Molzahl vernetzter Grundbausteine und der Molzahl der insgesamt in diesem makromolekularen Netzwerk vorhandenen Grundbausteine. Er wird entweder als dimensionslose Zahl oder in Prozent (Stoffmengenanteil) angegeben. Eng damit verbunden (und oft synonym gebraucht) ist der Begriff der Vernetzungsdichte (hier ist die Zahl der Vernetzungsstellen auf das Volumen bezogen).

Der maximale Vernetzungsgrad eines Netzwerkes ergibt sich aus der Rezeptur des Netzes, so erhält man für die Vernetzung von 99mol Styrol (bildet nur Ketten) und 1mol Divinylbenzol (bildet jeweils 1 Verzweigung) einen theoretische Vernetzungsgrad von 1 mol /(1 mol +99 mol) = 0,01 (gleich 1 %). Durch Wahl der Anteile der einzelnen Komponenten kann man also unterschiedliche Vernetzungsgrade und damit auch ein weites Eigenschaftsspektrum erzielen. In der Praxis wird dieser theoretische Vernetzungsgrad jedoch fast nie erreicht, da während der Netzwerksbildung wegen der auftretenden räumlichen Hinderung nicht alle vernetzungsfähigen Bausteine einen Reaktionspartner finden.

Grundsätzlich gilt, dass für vergleichbare Systeme mit steigendem Vernetzungsgrad die Materialien steifer, härter und korrosionsbeständiger werden. Gleichzeitig werden sie aber auch spröder und haften schlechter an Unterlagen. In besonderen Fällen kann es sogar dazu kommen, dass die Systeme je nach Vernetzungsgrad unterschiedliche Aggregatzustände einnehmen (z.B. bei Siliconen: lineare Silicone mit dem Vernetzungsgrad Null sind die flüssigen Siliconöle, die festen und elastischen Silicone weisen dagegen meist einen Vernetzungsgrad von über 10 % auf). Beachtet werden muss, dass auch bei gleichen Werten des Vernetzungsgrades die Eigenschaften des Netzes in weiten Grenzen variieren können. Die Ursache hierfür ist der unterschiedliche Aufbau der Grundbausteine (z.B. hat ein Silicongummi andere Eigenschaften als ein vernetzter Naturkautschuk), deshalb müssen zur Charakterisierung eines Netzes noch weitere Größen berücksichtigt werden. Mit steigendem Vernetzungsgrad werden Polymere als Thermoplaste (Vernetzungsgrad Null oder nur gering), Elastomere (mittel) oder Duroplaste (hoch) bezeichnet.

Die wichtigsten vernetzten Systeme sind vor allem Gummi (hier wird der Vernetzungsgrad z.B. durch die Anzahl der Schwefelbrücken bestimmt), PUR-Schaumstoffe (Hart- und Weichschäume), Lacke und Vergussmassen. Bei all diesen Systemen wird über die Rezeptierung ein auf die Anwendung abgestimmter optimaler Vernetzungsgrad erreicht. Weitere Anwendungen sind Polymere für Ionenaustauscher (auf der Basis von Styrol und Vivinylbenzol mit Vernetzungsgraden von 1 bis 8 %) oder für Gele zur Auftrennung und Charakterisierung von Proteinen (z.B. aus Acrylamid und Bisacrylamid), wobei das Verhältnis er beiden Substanzen zueinander die Eigenschaften des resultierenden Gels, insbesondere Porengröße und Elastizität, bestimmt.

Lerneinheiten, in denen der Begriff behandelt wird

Vernetztes Polystyrol und IonenaustauscherLevel 330 min.

ChemieMakromolekulare ChemieAnwendungen

Durch Einführung dissoziationsfähiger Gruppen in vernetztes Polystyro (PS-X) sind Materialien zugänglich, die als Ionenaustauscher Verwendung finden. Eigenschaften, Typen und Anwendungen von Ionenaustauschern werden vorgestellt, Anwendungen von unbehandeltem PS-X ebenfalls.

Polymere Netzwerke - EinführungLevel 230 min.

ChemieMakromolekulare ChemiePolymere Netzwerke

In dieser Lerneinheit wird der Aufbau von polymeren Netzwerken beschrieben. Beispiele für kovalente, ionische und physikalische Netzwerke werden aufgeführt und der Zusammenhang zwischen dem Vernetzungsgrad und den Eigenschaften der Polymere erläutert.

HauptvalenznetzwerkeLevel 240 min.

ChemieMakromolekulare ChemiePolymere Netzwerke

Die Eigenschaften von Hauptvalenznetzwerken werden skizziert. Dabei wird insbesondere auf den Zusammenhang zwischen Vernetzungsgrad und der Quellung in Lösemitteln eingegangen. Dies wird durch einen Praktikumsversuch illustriert. Als besondere Form kovalenter Netzwerke werden interpenetrierende Netzwerke vorgestellt.