Schmelzbereich. Lexikon Pharmatechnologie - prozesstechnik online

Lexikon Pharmatechnologie

Schmelzbereich

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Siehe auch: Schmelzpunkt, Schmelztemperatur.

Temperaturbereich, in dem ein Stoff vom festen in einen schmelzflüssigen Zustand übergeht.

Während reine Metalle stets einen sehr ausgeprägten Schmelzpunkt aufweisen, zeigen Legierungen und thermoplastische Kunststoffe typische Temperaturbereiche für den Übergang in den schmelzflüssigen Zustand.

Elastomere und Duroplaste können aufgrund der räumlichen Vernetzung durch Hauptvalenzbindungen nicht schmelzen und werden bei weiterer Energiezufuhr thermisch zersetzt (Pyrolyse).

Bei Thermoplasten unterscheidet man amorphe und teilkristalline Polymere.

Amorphe Thermoplaste – und die amorphen Bereiche teilkristalliner Thermoplaste – erweichen im Glaspunkt und gehen dabei von der harten in eine flexible Phase über. Bei weiterer Erwärmung erfolgt eine zunehmende Erweichung der amorphen Bereiche und so ein fließender Übergang in einen hochviskosen Zustand für die thermoplastische Verarbeitung (z. B. Spritzgießen von Polystyrol).

Teilkristalline Thermoplaste, wie z. B. Polyethylen, zeigen je nach Grad der Kristallinität (makromolekulare Ordnung) eine typische Form von signifikanten Schmelzbereichen, die durch die Auflösung der kristallinen Ordnung der Makromoleküle gekennzeichnet ist.

Im Glaspunkt werden die makromolekularen Ketten der amorphen Bereiche zunehmend beweglich, ohne dass sich der Kunststoff direkt verflüssigt, dies geschieht erst bei weiter steigender Temperatur infolge weiterer wärmebedingter Beweglichkeit der Makromoleküle.

Bei teilkristallinen Thermoplasten wird der Schmelzbereich durch die thermodynamisch bedingte Auflösung der Ordnung der kristallinen Bereiche des Kunststoffs definiert.

Der Schmelzbereich eines teilkristallinen Kunststoffs liegt stets über dem Glaspunkt seiner amorphen Phase, sodass zwischen diesen beiden Temperaturen eine harte und eine flexible Phase gleichzeitig existieren. Kennzeichnend für diese Werkstoffe ist ein duktiles mechanisches Verhalten.

Im Schmelz- oder Erweichungsvorgang von Thermoplasten werden v. a. die Sekundärbindungen (Wasserstoffbrücken, Van-der-Waals-Kräfte) zwischen den Makromolekülen infolge verstärkter Wärmebewegung gelöst und so zunehmend ungehinderte Beweglichkeit der Makromoleküle ausgelöst, ohne dass die Hauptvalenzbindungen der Makromoleküle verändert werden. Die Ausbildung eines Schmelzbereichs bei teilkristallinen Kunststoffen statt eines Schmelzpunktes erklärt sich dadurch, dass die Lösung der Sekundärbindungen auch im kristallin geordneten Bereich nur allmählich erfolgt.

Streng thermodynamisch ist die Fassung des Schmelzvorgangs im Sinne der Phasentheorie(-regel) für Einstoffsysteme (amorphe + teilkristalline Phasen) nicht möglich, da die makromolekularen Stoffe die formalen physikalischen Voraussetzungen der Energiestufen (flüssig / fest) nicht erfüllen.

© 2013 – ECV – Lexikon der Pharmatechnologie

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