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Tutorial MenueCopolymerisationLerneinheit 1 von 5

Copolymerisationsgleichung, Copolymerisationsdiagramm, Q-e-Schema

Copolymerisationsdiagramm

Die Copolymerisationsgleichung liefert die Copolymerzusammensetzung für nur ein bestimmtes Comonomerverhältnis. Dieses Verhältnis ändert sich aber während der Polymerisation ständig.

Die Abhängigkeit der Zusammensetzung des Copolymerisats vom Verhältnis der Monomere in der Ausgangsmischung lässt sich graphisch durch das Copolymerisationsdiagramm darstellen.

Im Copolymerisationsdiagramm wird nicht das Verhältnis der Stoffmengen der Monomere in der Ausgangsmischung gegen das Stoffmengenverhältnis der Monomere im Copolymerisat aufgetragen, da dies eine offene Skala ergeben würde, sondern es wird der Stoffmengenanteil eines Monomers gegen den Stoffmengenanteil des Monomerbausteins im Polymer dargestellt. Die Umrechnung erfolgt über die nachfolgenden Beziehungen.

m 1 m 1 +m 2 erweitern mit | · 1 m 2 ergibt m 1 m 2 m 1 m 2 +1

Es gibt Copolymerisationsdiagramme mit und ohne Wendepunkt. In den Diagrammen mit Wendepunkt existiert ein so genannter azeotroper Punkt, an dem die Stoffmengenanteile der Monomere im Copolymer gleich denen im Monomergemisch sind. Geht man von einem solchen Monomergemisch aus, so bleibt die Zusammensetzung der Monomerenmischung im gesamten Verlauf der Polymerisation, also unabhängig vom Umsatz, konstant und auch die bei jedem Umsatz resultierenden Copolymermoleküle hätten jeweils eine identische dem Monomerengemisch gleiche Zusammensetzung. Diese Zusammensetzungen sind technisch interessant, weil bei ihnen die Polymerisation bis zu hohen Umsätzen geführt werden kann, ohne dass ein chemisch uneinheitliches Produkt entsteht.

In allen anderen Fällen wird von einem der beiden Monomere mehr in das Copolymerisat eingebaut als es der Zusammensetzung des Monomergemisches entspricht. Das Monomergemisch verarmt im Verlaufe der Polymerisation immer mehr an diesem "rascher reagierenden" Monomer. Damit ändert sich auch stetig die Zusammensetzung des Polymerisats. Die Änderung der momentanen Zusammensetzung macht sich besonders dann stark bemerkbar, wenn gegen Ende der Polymerisation eines der beiden Monomere weitgehend verbraucht ist.

Abb.1
Copolymerisationsdiagramm

I ideale azeotrope Copolymerisation

II statistische (ideale) nichtazeotrope Copolymerisation

III statistische (nichtideale) azeotrope Copolymerisation

IV alternierende Copolymerisation

Tab.1
Beispiele
BezeichnungMonomerCopolymerisationsparameter
IStyrolr1 = 1,0
p-Trimethylsilylstyrolr2 = 1,0
IIMethylmethacrylatr1 = 20
Vinylacetatr2 = 0,015
IIIStyrolr1 = 0,75
Methylacrylatr2 = 0,18
IVVinyletherr1 = 0,01
Maleinsäureanhydridr2 = 0,01

Als ideal werden Copolymerisationen bezeichnet, wenn die Zusammensetzung des entstehenden Copolymers zu jedem beliebigen Zeitpunkt der Polymerisation der ursprünglich eingesetzten Monomerzusammensetzung entspricht. Das Produkt der Copolymerisationsparameter beider Monomere ist gleich 1 und die wachsenden Kettenenden addieren die weiteren Monomerbausteine mit der gleichen Wahrscheinlichkeit.

Nichtazeotrope Copolymerisationen werden beobachtet, wenn einer der Copolymerisationsparameter größer als 1 ist und der andere kleiner.

Aus dem Produkt der Copolymerisationsparameter lassen sich Rückschlüsse auf die Sequenzverteilung der Monomereinheiten im Polymer ziehen.

  • r1r2 = 1 - ideale Copolymerisation
  • r1r2 < 1 - statistische Copolymerisation
  • r1r2 = 0 - alternierende Copolymerisation
  • r1r2 > 1 - Blockcopolymerisation
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