Kristalline Polymere. Lexikon Pharmatechnologie - prozesstechnik online

Lexikon Pharmatechnologie

Kristalline Polymere

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Siehe auch: Amorph.

Makromolekular in hohem Maße geordnete Polymerstrukturen.

Thermoplaste bestehen vorwiegend aus kettenförmigen Makromolekülen, die je nach Monomertyp in der Kettenbreite unterschiedlich ausladend sind. Während z. B. die Polyethylenkette eher schlank ist, ist die Polystyrolkette durch die seitlich angelagerten Benzolkerne (Aromaten) eher ausladend. Schlanke Makromoleküle können sich durch Parallellagerung quasi ordnen. Diesen Ordnungszustand nennt man Kristallinität, den Ordnungsgrad Kristallinitätsgrad. In diesem Sinne gibt es (teil-)kristalline und völlig amorphe Polymerwerkstoffe. Bei den teilkristallinen ist ein Strukturbereich kristallin geordnet und der andere amorph, wobei diese beiden Phasen quasi nebeneinander existieren.

Der Begriff der Kristallinität beschreibt einen Ordnungszustand von Atomen oder Molekülen aufgrund entsprechender Kohäsionskräfte im Systemverbund, die diese Ordnung unterstützen bzw. bewirken.

Während bei Metallen der Ordnungszustand im geregelten Gitteraufbau (Metallgitter) üblich ist und sich die Metallatome entsprechend anordnen lassen (elektrostatische Kräfte), ist dies bei Makromolekülen aufgrund ihrer Größe und auch ihrer räumlichen Verzweigung bzw. aufgrund der Größe der Monomerstrukturen wesentlich komplizierter. Als Haftkräfte bzw. Kohäsionskräfte dienen hier v. a. Van-der-Waals-Kräfte bzw. Wasserstoffbrücken und fallweise auch elektrostatische Kräfte als typische Sekundärhaftkräfte (Chemische Bindungen).

Bei PE finden wir kristallähnliche Ordnungszustände der Makromoleküle mit einem Ordnungsgrad bis zu 80 %, in dem die fadenförmigen schlanken Makromolekülketten parallel geordnet, etwa in Fibrillen, vorliegen und sich zwischen den H-Atomen Brückenbindungen zeigen. PE zeigt deshalb relativ hohe mechanische Festigkeiten bei guter Zähigkeit (Dehnung) und v. a. einen relativ ausgeprägten Schmelzpunkt, der die thermodynamisch bedingte Auflösung der Ordnungszustände anzeigt. Der Anteil von z. B. 75 % Ordnungszustand wird hier als Teilkristallinitätsfaktor bezeichnet.

Bei PS dagegen sind die Benzolkerne so groß und sperrig, dass eine systematische Zusammenlagerung der linearen Molekülketten nicht möglich ist. Der Ordnungsgrad im Sinne einer Teilkristallinität ist dadurch nahezu null. Polystyrol bildet in dieser Hinsicht eine strukturell ungeordnete typisch amorphe Struktur aus. Infolge der Sperrigkeit der Benzolkerne ist Polystyrol strukturell thermodynamisch unbeweglich und dadurch bei Raumtemperatur hart und spröde (Sprödigkeit).

Abb. K 18: Beispiele für kristalline bzw. amorphe Polymere. (Quelle: G. Henkel)

© 2013 – ECV – Lexikon der Pharmatechnologie

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