Grundlagen der Makromolekularen Chemie

Grundlagen der Makromolekularen Chemie
Prof. Dr. Rolf Mülhaupt / Prof. Dr. Christian Friedrich
0.
Vorbemerkungen
- Organisation des Studiums, Übungen, Grundpraktikum
- Polymerisation und Werkstoffe
- Kunststoffe und Nachhaltigkeit (www.vke.de, www.plasticseurope.org)
A.
1.
Polymersynthesen
Einleitung
1.1
Geschichte (Staudingers Bauprinzip für Polymere in Natur und Technik)
1.2
Nomenklatur
1.3
Stoffkreislauf
1.4
Thermodynamik
1.5
Molmassenverteilung
1.6
Konstitution – Konfiguration – Konformation
1.7
Mehrkomponenten- und Multiphasensysteme
Stufenreaktionen: Polykondensation und Polyaddition
2.1
Beispiele aus Industrie (PA, PC, PET, PUR, PU, Phenol- & Epoxidharz)
2.2
Polymerisationsgrad als Funktion des Umsatzes: Steuerung der
Molmasse
2.3
Kinetik
2.4
Molmasse und Molmassenverteilung
2.5
Verzweigung, Vernetzung und Gelbildung
Kettenreaktion: radikalische Polymerisation
3.0
Beispiele aus der Industrie (PS, PVC, LDPE, PMMA, PTFE, Dental)
3.1
Elementarschritte: Initiierung, Wachstum, Abbruch, Übertragung,
kontrolliert radikalisch (lebend radikalisch)
3.2
Kinetik (Bodenstein’sches Prinzip, Trommsdorff-Effekt)
3.3
Kinetische Kettenlänge, Molmasse, Molmassenverteilung
3.4
Temperaturabhängigkeit der Geschwindigkeit und kinetischen
Kettenlänge
3.5
Übertragung und Molmassenregelung
3.6
Technische Verfahren (Masse, Suspension, Emulsion)
Kettenreaktion: Ionische Polymerisation
4.1
Anionische Polymerisation
(M. Szwarc, PS, POM, lebende Polymere, Initiatoren, Abbruch,
Makromonomere)
4.2
Kationische Polymerisation
(Initiatoren, Monomere, POM, PIB)
Thermodynamik und Ceiling Temperatur
Lebende Polymerisation (radikalisch, ionisch)
Biopolymere, nachwachsende Rohstoffe und Kunststoff aus
Kohlendioxid („Kunststoff ohne Erdöl“)
(Enzymkatalyse, Polysaccharide, Proteine, Polymilchsäure, Biobasierte Kunststoffe, Biotechnologie, Polymere aus Kohlendioxid)
Polyinsertion und ROMP
8.1
Polyolefine in der Industrie (HDPE, LLDPE, EPDM, PP)
8.2
Aufbaureaktion, Nickel-Effekt, Ziegler-Natta Katalyse
8.3
Technische Verfahren für Ethylenpolymere (Gasphase,
Trägerkatalysatoren)
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
B.
13.
14.
15.
16.
17.
8.4
Ringöffnende Metathesepolymerisation (ROMP)
Regioselektive Polymerisation
(1,2/1,4-Dienpolymerisation, Kopf/Kopf-Verknüpfung bei 1-Olefinen)
Stereospezifische Polymerisation
(Diene, 1-Olefine, isotaktisches Polypropylen, Spektroskopie, Taktizität,
Metallocenkatalyse, Spheripol-Verfahren, Reaktorgranulat-Technologie)
Polymermodifizierung, Polymerabbau und Recycling
(Regenerat-Cellulose, Celluloseacetat, Polyvinlyalkohol, Polyvinylbutyral,
C-Faser, Propfung von Polymeren, Abbau & Additive, Rohstoffrecycling
Copolymerisation und Copolymerisationsparameter
( r-Parameter, Q-e Schema)
Polymere in Lösung und Polymeranalytik
Konformation (Helix, Knäuel)
Modelle: Das statistische Knäuel und Fadenendenabstand, Trägheitsradius
Mischungsthermodynamik (Hildebrand Parameter, Flory-Huggins Parameter)
Phasendiagramme und Fraktionierung
Polymeranalytik (Kolligative Eigenschaften/Osmose, Endgruppentitration,
Viskosimetrie, GPC/SEC, Ultrazentrifuge, Lichtstreuung, MALDI-ToF)
C.
18.
Polymere im festen Zustand, Polymeranalytik und Verarbeitung
Der feste Zustand und Konformation: Schmelz- und Glasumwandlung,
spezifisches und freies Volumen, kristalliner und amorpher Zustand, 2Phasen-Modell, Kristallisation: Rückfaltung, Lamellen und Fransenmizellen
19.
Polymeranalytik
19.1 Thermische Eigenschaften (DSC, DTA, TMA, DMA)
19.2 WAXS und SAXS: Kristallinitätsgrad, Kristallstruktur
19.3 Mikroskopie (TEM, AFM)
19.4 Mechanische Eigenschaften (Zugprüfung, Mikromechanik,
Bruchverhalten, Crazing)
20.
Viskoelastizität (Voigt-Klevin und Maxwell Modelle)
21.
Kautschukelastizität (Chemie und Physik des Autoreifens, Energie- und
Entropieelastizität)
22.
Rheologie und Kunststoffverarbeitung
(Newton und Nicht-Newton’sche Flüssigkeiten, Scherverdünnung, Boltzmann
Superposition, Spritzguss, Extrusion)
Begleitende Literatur:
J.M.G. Cowie „Chemie und Physik der synthetischen Polymeren“, Vieweg-Verlag,
Braunschweig/Wiesbaden 1997
B. Tieke, „Makromolekulare Chemie“, Wiley-VCH, 2. Auflage 2005
S. Koltzenburg, M. Maskos, O. Nuyken, „Polymere“, Springer2013
Internet:
Wikipedia
Chemgapedia
Nachschlagewerke:
P. Rempp, E.W. Merrill „Polymer Synthesis“, Hüthig & Wepf-Verlag 1986
H.G. Elias „Makromoleküle“, Wiley-VCH, Weinheim, 4 Bände
K. Matyjaszewski, Y. Gnanou, L. Leibler, „Macromolecular Engineering“, 4 Bände 2007
P.C.Painter,M.M. Coleman, „Essentials of Polymer Science and Engineering“, DEStech
Publication, Inc., Lancaster,PA, 2009
E.S. Guerra, E.V. Lima, „Handbook of Polymer Synthesis, Characterization and Processing”,
Wiley 2013