Homopolymere vs. Copolymere. Chemie der Kunststoffteile

Gepostet am 25.01.2024 Nach Protolabs
Beschreibung der chemischen Verbindung

Wer ist ein Fan der organischen Chemie? Ohne Ketten aus kohlenstoffbasierten Molekülen wäre das Leben hart. Deshalb zollen wir hier bei Protolabs diesen besonderen Gruppen von miteinander verbundenen Atomen, den Polymeren, unseren Respekt. Das gilt vor allem deshalb, weil die Kunststoffe, die wir bei der Herstellung verwenden, alle auf Ketten von Kohlenstoffmolekülen basieren und ihre chemische Struktur ihre Festigkeit, die Art und Weise, wie sie mit der Umwelt interagieren, ihr Aussehen und vieles mehr beeinflusst. Aber dies ist kein Kurs in organischer Chemie. Es ist ein Blogbeitrag, der Ihnen helfen soll zu verstehen, wie verschiedene Ketten organischer Moleküle das Material beeinflussen, das Sie für die Herstellung Ihrer Teile wählen.

Monomere: Die Bausteine der Kunststoffe

Monomere sind Moleküle, die sich mit anderen Molekülen verbinden wollen. Wenn sie das tun, bilden sie Ketten, die Polymere genannt werden, ähnlich wie Streichkäse. Es überrascht nicht, dass dieser Prozess als Polymerisation bezeichnet wird. Der Einfachheit halber genügt es zu wissen, dass Homopolymere Ketten sind, die lange Stränge einer einzigen Monomerart enthalten. Copolymere bestehen aus zwei oder mehr verschiedenen Arten von gebundenen Monomeren.

Ohne Monomere gäbe es keine Kunststoffe. Einige gängige Monomere sind Ethylen, Propylen, Styrol, Formaldehyd, Phenol, Acetonitril und Ethylenglykol.

Chemischer Vergleich von Homopolymer und Copolymer

Charakteristisch

Homopolymer

Copolymer

Chemische Zusammensetzung

Einfaches sich wiederholendes Monomer

Zwei oder mehr Monomere

Struktur

Einfache Kette

Komplexe Kette

Beispiele

PVC, Polyethylene,

Polypropylene,

Polystyrene

Poly(vinylacetat),

Poly(ethylenoxid)

 

PVC zum Beispiel, die weißen Rohre, die Sie wahrscheinlich überall in Ihrem Keller sehen, besteht aus Monomeren eines einzigen Typs - Vinylchlorid -, die sich zu Polyvinylchlorid verkettet haben. Der Teil "Poly" bedeutet "viele". Das Copolymer Nylon 6/6 ist eine Kombination aus zwei Monomeren: Adipinsäure und Hexamethylendiamin.

 

benzene chemical composition
Chemical compound for styrene

polystyrene chemical composition
abs chemical composition

Aufbau eines Copolymers

Dies ist ein einfaches Beispiel dafür, wie sich aus einem einfachen Molekül ein viel komplexeres Copolymer entwickelt (siehe Abbildung). Beginnen Sie mit einem einfachen Kohlenwasserstoff - einem Benzolring. Jedes Kohlenstoffatom benötigt vier Bindungen, um Stabilität zu erreichen, und Sie können sehen, dass Benzol diese besitzt, da jedes Kohlenstoffatom einmal an ein Kohlenstoffatom und zweimal an sein anderes Nachbaratom gebunden ist. Um das ausgewogene Molekül zu vervollständigen, fügen wir an jedes Kohlenstoffatom ein Wasserstoffatom an.

Um dieses Styrol (ein Monomer) zu bilden, ersetzen Sie eines dieser Wasserstoffatome durch ein C2H3-Molekül. Sie haben immer noch ein stabiles Molekül, weil Ihre Kohlenstoffe mit vier Bindungen zufrieden sind und jeder Wasserstoff eine Bindung hat.

Um das Homopolymer Polystyrol zu bilden, werden Styrolmoleküle miteinander verbunden. Die vier Bindungen an Kohlenstoff und eine an Wasserstoff bleiben bestehen. Es ist stabil.

Der nächste Schritt von Polystyrol zu ABS ist etwas komplizierter, weil man dem Styrol Monomere aus Acrylnitril und Butadien hinzufügen muss. Wenn man mehrere Arten von Monomeren hat, wird daraus ein Copolymer. Alle Atome sind mit ihren Bindungen von eins, vier oder, im Falle von Stickstoff, drei zufrieden.

Homopolymere vs. Copolymere: Unterschiede zwischen Homopolymeren und Copolymeren

Vergleichen wir zum Beispiel zwei Acetale, das Homopolymer Delrin und das Copolymer Celcon (auch bekannt als Tecaform):

Charakteristisch

Homopolymer

Copolymer

Grad der Kristallinität

Höher

Unter

Steifigkeit

X

 

Zugfestigkeit

X

 

Stoßfestigkeit

X

 

Kriechstromfestigkeit

Anfänglich gut

Längerfristig besser

Oxidationsbeständigkeit

 

X

Stabilität der Abmessungen

Kurzfristig

Langfristig

Wasserbeständigkeit

 

X

Temperaturbeständigkeit

Höhere Wärmeverzerrungstemperatur

Hält längerer Hitzeeinwirkung besser stand

 

Es ist anzumerken, dass glasgefüllte Copolymere in der Regel fester und langlebiger sind als ihre homopolymeren Verwandten. Die hinzugefügten Glasfasern sind hier ausschlaggebend für die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften. Die oben genannten Unterschiede gelten in der Regel für alle Homopolymere und Copolymere innerhalb verwandter Monomerfamilien.

Die Wahl des Polymers

Letztendlich kommt es darauf an, dass Sie das beste Material für Ihr Bauteil wählen. Wenn Sie jedoch die grundlegenden Unterschiede zwischen Homopolymeren und Copolymeren kennen, erhalten Sie einen tieferen Einblick in die Wahl des optimalen Materials.

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Getaggt: Polymers, Chemistry