Wenn ein Polymer durch die Verknüpfung nur einer Art kleiner Moleküle oder Monomere hergestellt wird, nennt man es ein Homopolymer. Wenn zwei verschiedene Arten von Monomeren in derselben Polymerkette verbunden werden, nennt man das Polymer ein Copolymer. Stellen wir uns nun zwei Monomere vor, die wir A und B nennen. A und B können auf viele verschiedene Arten zu einem Copolymer zusammengefügt werden.
Wenn die beiden Monomere abwechselnd angeordnet sind, nennt man das Polymer natürlich ein alternierendes Copolymer (siehe unten). Eine interessante Tatsache bei diesem Typ ist, dass das Verhältnis der beiden Monomere genau 1:1 ist. Nur sehr wenige Copolymerisationen ergeben jedoch diesen Strukturtyp.
In einem statistischen Copolymer können die beiden Monomere in beliebiger Reihenfolge aufeinander folgen (Abbildung unten). Das Verhältnis der in das Copolymer eingebauten Monomere ist das Ergebnis einer Kombination aus den Eigenschaften der Monomere, den Polymerisationsbedingungen und der Umsetzung der Polymerisation, um nur einige Variablen zu nennen. Wenn zum Beispiel die beiden Monomere nicht genau die gleiche Reaktivität haben, sowohl mit dem anderen Comonomer als auch mit ihren eigenen Monomeren, wird das Verhältnis im Produkt NICHT genau 1:1 sein. Tatsächlich ist es in den meisten Fällen nicht so, und dies führt zu einer Veränderung der Zusammensetzung des Copolymers im Laufe der Reaktion. Zu Beginn wird das reaktivere Monomer mehr eingebaut als das weniger reaktive.
Das ändert sich jedoch, wenn die Monomere verbraucht sind und die Konzentration des reaktiveren Monomers schneller/stärker abnimmt als die des weniger reaktiven. Die Dinge gleichen sich bei einem gewissen Konzentrationsverhältnis aus, was zu einem Polymer führt, dessen Zusammensetzung etwa 1:1 ist. Nun ist jedoch weniger von dem reaktionsfreudigeren Monomer vorhanden, so dass es im weiteren Verlauf der Reaktion schneller verbraucht wird, wodurch sich das Konzentrationsverhältnis weiter ändert, bis nur noch das weniger reaktionsfreudige Monomer vorhanden ist. Copolymere, die zu diesem Zeitpunkt hergestellt werden, enthalten mehr von dem weniger reaktiven Monomer. Sie können zwar eine „durchschnittliche“ Zusammensetzung der Monomere im Endprodukt messen (mit NMR oder FTIR oder einer anderen Methode), aber die Zusammensetzung der einzelnen Ketten kann (wird) sich von diesem Durchschnitt stark unterscheiden. Und jetzt kommt der Clou: Die Gesamtkombination all dieser Copolymerketten, so unterschiedlich sie auch zusammengesetzt sind, bestimmt die endgültigen Eigenschaften des hergestellten Materials. Wie man also heutzutage sagt: „It’s complicated…“
Bei einem Blockcopolymer werden alle Monomere einer Art in einem Teil der Kette zusammengefügt, und dann werden alle anderen irgendwie mit eingebunden. Ein Blockcopolymer kann man sich als zwei Homopolymere vorstellen, die an einem der Enden miteinander verbunden sind (siehe unten). Es überrascht nicht, dass es nicht einfach oder billig ist, ein solches Copolymer herzustellen, so dass es nicht viele kommerzielle Beispiele gibt.
Ein blockiges Copolymer, das Sie sehr gut kennen, wenn Sie Schuhe tragen, ist SBS-Kautschuk. Er wird für Schuhsohlen und auch für Reifenlaufflächen verwendet. „Blockig“ bedeutet, dass es einige der Eigenschaften eines echten Blockcopolymers hat, aber nicht so einheitlich in der Zusammensetzung ist.
Wenn Ketten eines Polymers aus Monomer B auf eine Polymerkette aus Monomer A gepfropft werden, haben wir ein Pfropfcopolymer (siehe Abbildung). Es gibt mehrere Möglichkeiten, dies zu tun: Pfropfen von, Pfropfen auf oder die am besten kontrollierte Art, ein „Makromonomer“ zu verwenden. Wie bitte? Ja, das klingt etwas seltsam, aber wir sprechen hier von einer langen Polymerkette mit einer einzigen funktionellen Gruppe am Ende, die mit den kleinen vorhandenen Comonomermolekülen reagieren kann, um die aufgepfropfte Struktur zu ergeben.
Eine Art von kommerziellem Pfropfcopolymer ist hochschlagfestes Polystyrol, kurz HIPS. Es besteht aus einem Polystyrol-Grundgerüst, auf das Ketten aus Polybutadien aufgepfropft sind. Das Polystyrol verleiht dem Material Festigkeit, aber die gummiartigen Polybutadienketten verleihen ihm Elastizität und machen es zäh und weniger spröde.
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