Ein Polymer (altgriech.: poly, viel; meros, Teil) ist eine chemische Verbindung, die aus Ketten- oder verzweigten Molekülen (Makromolekülen) besteht, die aus gleichen oder gleichartigen Einheiten (den sogenannten Monomeren) bestehen. Das Adjektiv polymer bedeutet entsprechend aus vielen gleichen Teilen aufgebaut.

Definition (im Sinne des Chemikaliengesetzes)

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Ein Polymer ist ein Stoff, dessen Moleküle aus verketteten Monomereinheiten bestehen.

Dieser Stoff gilt dann als Polymer

• wenn eine einfache Gewichtsmehrheit von Molekülen mit mindestens drei Monomereinheiten enthalten ist
• welche mit einer weiteren Monomereinheit, oder einem anderen Reaktanten verknüpft sind
• und mittels Atombindung (kovalente oder Elektronenpaarbindung) eine Bindung eingegangen sind.

Ebenfalls gilt ein Stoff als Polymer, wenn davon abweichend

• weniger als eine einfache Gewichtsmehrheit von Molekülen enthalten ist
• welche in einem bestimmten Molekulargewichtsbereich liegen
• wobei die Abweichungen im Molekulargewicht im Wesentlichen auf die Unterschiede in der Anzahl der Monomereinheiten zurückgehen.

Eine Monomereinheit im Sinne dieser Begriffsbestimmung ist die gebundene Form eines Monomers in einem Polymer.

Einteilung

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Polymere können je nach der Anzahl der Grundmonomere eingeteilt werden. Wichtig ist jedoch, dass mindestens eine monomere Substanz die Kette aufbaut.

• Im einfachsten Fall ist dies genau ein Monomer, Beispiele für solche Polymonomere sind PE, PP, PVC und PA6.
• Weiterhin gibt es Polydimere, zu denen z. B. Polyester, Polyurethane und auch einige Polyamide (PA 66) gehören.
• Natürliche Polymere, wie z. B. Proteine als Grundbausteine des Lebens, sind Poly-Polymere, da sie aus vielen Aminosäuren bestehend aufgebaut sind.

Polymerchemie

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Die Kettenbildung, das heißt die Verbindung einzelner Monomere, geschieht durch Polyreaktionen (wie z.B. Polymerisation, Polykondensation oder Polyaddition). Dabei verbinden sich die Monomere zu Polymeren.

Polymere aus unterschiedlich gebauten Monomeren nennt man Heteropolymere oder Copolymere.

Die meisten Kunststoffe sind Polymere, bei denen der Kohlenstoff für die molekulare Kettenbildung sorgt.

Man unterscheidet isotaktische Polymere, bei denen alle Substituenten einer Polymerkette die gleiche stereoelektronische Konformation haben, wie z.B. isotaktisches Polystyrol mit Konfiguration R-R-R-R-R-... oder S-S-S-S-S-... Bei ataktischen Polymeren sind die Substituenten wahllos geordnet (eine Art Racemat). Als syndiotaktisch bezeichnet man Polymere, deren Substituenten abwechselnd aus R und S bestehen.

Beispiele

• Synthetische Polymere auf Kohlenstoffbasis:
  • PE (Polyethylen)
  • PP (Polypropylen)
  • PVC (Polyvinylchlorid)
  • PS (Polystyrol, besser bekannt in geschäumtem Zustand als Styropor(® BASF AG))
  • PTFE (Polytetrafluorethylen, Handelsname: Teflon(® E. l. Du Pont de Nemours and Company))
  • PMMA (Polymethylmethacrylat, Handelsname: Plexiglas(® Röhm GmbH & Co. KG))
  • PA (Polyamid), zB PA66 (Handelsname: Nylon)
  • Polyester, zu dieser Produktgruppe gehören auch PC (Polycarbonat, Handelsname Makrolon (® Bayer AG)) und PET (Polyethylenterephthalat)
  • Dendrimere; stark verzweigte Strukturen
• Synthetische Polymere auf anderer Basis:
  • Auch das Silizium ist in der Lage, stabile Verbindungen mit sich selbst einzugehen. Dabei entstehen Silikone.
• Biopolymere:
  • Proteine (Enzyme, Haare, Seide)
  • DNA (Erbsubstanz)
  • RNA
  • Kohlenhydrate (Zellulose, Holz, Papier, Stärke, Chitin)
  • Polyhydroxyalkanoate (Biopolyester als Energie- und Kohlenstoff-Speicher von Bakterien)

Ökologische Erwägungen

Gesundheitsrisiken gehen praktisch nie vom Polymer selbst aus.

Ein Beispiel dafür ist das PVC: Erst bei der Verbrennung entsteht das giftige und stark ätzende Gas Chlorwasserstoff, das sich in Wasser unter Bildung von Chlorwasserstoffsäure (Salzsäure) löst. Außerdem entstehen bei Schwelbränden in größeren Mengen Dioxine. Die Auswirkungen konnte man bei dem Brand des Düsseldorfer Flughafens beobachten, bei dem die Schadwirkung überwiegend von Kabelummantelungen aus PVC ausging. Das Polymer PVC selbst ist lebensmittelecht und wird auf Grund seiner ausgezeichneten Gasdichtigkeit in der Medizin zum Beispiel für Blutkonserven verwendet.

Weitere Probleme können durch Zusatzstoffe entstehen, die praktisch in jedem Kunststoffgegenstand enthalten sind, wie z. B. Weichmacher. Diese werden überwiegend bei PVC eingesetzt.

Polymerphysik

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Nach ihren physikalischen Eigenschaften unterteilt man die Polymere in:

1. Die Thermoplaste,
2. die Elastomere und
3. die Duroplaste.

Bei den Thermoplasten unterscheidet man noch zwischen (teil)kristallinen und den amorphen Thermoplasten.

Polymerelektronik

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Hier werden leitende (elektrisch aktive) Polymere zum Aufbau von polytronischen Anwendungen verwendet. Anders als in der Molekularelektronik wird die Information nicht in einzelnen Molekülen, sondern in verschieden dotierten Volumina verarbeitet.

Solche elektronischen Anwendungen sind beispielsweise:

• Funktionsschichten: UV-Filter
• Displays: OFETs, OLEDs
• RFID-Tags
• Solarzellen
• Sensoren und Aktoren

Literatur

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• Rolf Froböse, Klaus Jopp: Fußball, Fashion, Flachbildschirme. Die neueste Kunststoffgeneration Wiley-VCH Verlag, Weinheim (2006), 1. Auflage, ISBN 3527314113

Weblinks

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• VDMA-Polymerelektronik
• Chemischer Hintergrund

Weiche Materie | Kunststoff

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