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Polymeranalytik

Was ist neu? — Unterschiede zur Analytik niedermolekularer Stoffe

Grundsätzliches zur Herstellung von Makromolekülen

Bei der Synthese von niedermolekularen Stoffen begnügt man sich meist mit einer Ausbeute von ca. 90 %. Dies stellt insofern kein Problem dar, als sich die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Nebenprodukte in der Regel oft deutlich von denen des Hauptprodukts unterscheiden und somit eine Abtrennung meist leicht möglich ist.

Bei der Synthese von Polymeren entstehen dagegen Moleküle, die sich in ihren Eigenschaften wie Molmasse oder Menge und Anordnung einzelner Kettenbausteine weniger stark unterscheiden.

Infolgedessen muss eine Ausbeute von mindestens 99,9 % erreicht werden. Das heißt, Nebenreaktionen müssen also weiter zurückgedrängt werden als im Falle der Synthese niedermolekularer Stoffe.

Im Gegensatz zur Analyse niedermolekularer Stoffe ist zudem eine Identifizierung aller Raum-Koordinaten der Atome eines Polymers (> 106) weder machbar noch sinnvoll. Selbst wenn diese Kenntnis zugänglich wäre, würde noch umfangreiche Auswertungsarbeit benötigt.

Schwierige Zuordnung der Strukturelemente

Eine genaue Zuordnung der Strukturelemente ist im Falle der Polymere bei weitem nicht so einfach wie bei niedermolekularen Einheiten, denn die Strukturelemente der Makromoleküle unterscheiden sich durch:

  • ihre Molmasse
  • die Anzahl der chemischen Defekte
  • die Anzahl und den Ort der Positions-Defekte
  • die Kettenkonformation

Es gibt bei synthetischen Polymeren keine einheitlichen Moleküle. Sie unterscheiden sich allein schon in ihren Kettenlängen voneinander. Zudem bestimmt in Copolymeren die Reihenfolge der Monomerbausteine in der Polymerkette deren Eigenschaften. Die Reihenfolge kann statistisch, blockweise oder alternierend sein:

  • statistisch A-B-B-A-A-A-B-A-B-B-A
  • blockweise A-A-A-B-B-B-A-A-A-B-B-B
  • alternierend A-B-A-B-A-B-A-B-A-B

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Abb.1
Statistische, alternierende und blockweise Anordnung

Eine Trennung der einzelnen Molekülarten durch Fraktionierung ist aufgrund geringer Löslichkeitsunterschiede in den Molmassen sehr schwierig bis unmöglich.

Die Polymere können unterschiedlich aufgebaut sein:

Neue Fragestellungen

Aus dem Aufbau der Makromoleküle ergeben sich natürlich auch Fragestellungen für die Polymeranalytik, die es in der klassischen Analytik nicht gibt, z.B.:

  • Molmassenverteilung
  • Anordnung der Strukturelemente entlang der Kette
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