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Glasübergangstemperatur

Einflussfaktoren

Die Glasübergangstemperatur hängt im Wesentlichen von der Struktur der Polymere ab.

Hierbei lassen sich verschiedene Faktoren unterscheiden:

Flexibilität der Hauptketten

Die Flexibilität der Hauptkette ist einer der wichtigsten Faktoren für die Höhe der Glasübergangstemperatur. Ein Kunststoff hat eine niedrige Glasübergangstemperatur, wenn sich die Molekülketten schon bei geringen Temperaturen so gut bewegen können, dass der Kunststoff flexibel und elastisch ist. Dies funktioniert umso besser, je flexibler die Ketten an sich schon sind. Ein Beispiel ist Silicon.

Abb.1
Polydimethylsiloxan

Hier liegt die Glasübergangstemperatur bei -127 °C. Polydimethylsiloxan ist bei Raumtemperatur flüssig; es wird z.B. als Verdickungsmittel in manchen Shampoos verwendet.

Aromatische, cycloaliphatische oder heterocyclische Strukturelemente in der Hauptkette erschweren wie schon gesagt die Kristallisation besonders stark, wenn sie in Meta- oder Ortho-Stellung substituiert sind oder zusätzliche Substituenten enthalten. Polyphenylensulfon dagegen besitzt keinen Übergang zum elastischen Zustand, sondern zersetzt sich beim Erhitzen ohne weich zu werden.

Abb.2
Polyphenylensulfon

Aufgrund der steifen Ketten erweicht der Kunststoff nie. Da hierdurch die Verarbeitung extrem behindert ist, werden normalerweise zwischen die Sulfongruppen andere Gruppen, wie z.B. Etherbindungen, eingebaut. Dadurch wird die Glasübergangstemperatur unter die Zersetzungstemperatur gebracht.

Einfluss der Seitenkette

Auch die Seitenketten beeinflussen die Glasübergangstemperatur. Molekülketten ohne Seitenketten können leicht aneinander vorbeigleiten und sich besser bewegen, besitzen also eine niedrige Glasübergangstemperatur. Bei zusätzlichen Seitenketten an der Hauptkette nimmt die Glasübergangstemperatur zu. Die Höhe der Glasübergangstemperatur hängt von Art und Anzahl der Seitenketten ab.

Durch Seitengruppen kann die Glasübergangstemperatur jedoch auch gesenkt werden. Je weiter die Molekülketten auseinander liegen, d.h. je weniger Wechselwirkungen möglich sind, desto besser können sich die einzelnen Ketten bei Energiezufuhr bewegen und desto niedriger wird damit die Glasübergangstemperatur. Mehr Abstand zwischen den einzelnen Ketten kann durch Zugabe von Weichmachern erreicht werden. Ähnliche Effekte können aber auch die Seitenketten der Kunststoffmoleküle erzielen. Ein Beispiel hierfür sind verschiedene Polymethacrylate: Je länger die Seitenketten werden, desto niedriger wird die Glasübergangstemperatur. Während Polymethylmethacrylat als Plexiglas allgemein als harter Kunststoff eingesetzt wird, ist Polybutylmethacrylat bei Raumtemperatur bereits weich.

Abb.3
Verschiedene Polymethacrylate
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