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Mikroskopische Struktur

Chemische und physikalische Struktur von Polymeren

Neben dem makroskopischen Aufbau von polymeren Werkstoffsystemen kommt der mikroskopischen Struktur der beteiligten Polymere bzw. Polymerblends oder Polymerkomposites bzgl. ihres Einflusses auf die Werkstoffeigenschaften eine große Bedeutung zu [1, 2]. Die mikroskopische Struktur von Polymeren setzt sich aus der chemischen (molekularen) und der physikalischen (übermolekularen) Struktur zusammen (siehe Bild).

Mikroskopische Struktur.JPG

Bild: Zusammenhang zwischen mikroskopischer Struktur, Einflussbedingungen und mechanischen Eigenschaften von Polymeren [1–4]

Zur chemischen Struktur gehören das Molekulargewicht, die Molekulargewichtsverteilung, der Verzweigungsgrad (am Beispiel von Polyethylen) und die Taktizität (am Beispiel von Polybuten-1) sowie die Konstitution der Makromoleküle. Zur physikalischen Struktur gehören das Mischungsverhältnis bei Vorliegen eines Polymerblends, die Phasenstruktur, d. h. das Vorhandensein einer homogenen oder heterogenen oder co-kontinuierlichen Phase(n) (siehe Phasengrenzfläche), die Größe der in der Matrix dispergierten Partikel im Falle einer Matrix-Partikel-Struktur (heterogene Phasenstruktur), der Kristallinitätsgrad und die Gestalt der sich ausbildenden übermolekularen Struktur sowie die Orientierung der kristallinen Phase [1, 2].

Mikroskopische Struktur eines PE-LD/iPB-1-Blendsystems

Die physikalische Struktur wird durch die chemische Struktur und die Herstellungs- bzw. Verarbeitungsbedingungen maßgeblich beeinflusst. Wird beispielsweise die mikroskopische Struktur eines Peelfolienblendsystems aus linearem Polyethylen und isotaktischem Polybuten-1 (PE-LD/iPB-1-Peelfolienblendsystem) betrachtet, so liegt die iPB-1-Konzentration im genannten Peelfolienblendsystem üblicherweise bei bis zu 20 M.-%. Innerhalb dieses Mischungsverhältnisses führt das Mischen von PE-LD und iPB-1 im Schmelzezustand zur Ausbildung einer Matrix-Partikel-Struktur, da PE-LD und iPB-1 unverträglich sind [5–7]. Die Unverträglichkeit resultiert aus der gegebenen chemischen Struktur der beiden Blendkomponenten. Somit kristallisieren die Blendkomponenten PE-LD und iPB-1 separat und bilden eine entsprechende übermolekulare Struktur aus.

Nähere Informationen zum Zusammenhang zwischen den Herstellungsbedingungen der übermolekularen Struktur und den mechanischen Eigenschaften des Peelfolienblendsystems werden in [8] oder bei der Erläuterung der Begriffe

gegeben.


Literaturhinweise

[1] Michler, G. H. (Hrsg.): Kunststoff-Mikromechanik. Morphologie, Deformations- und Bruchmechanismen. Carl Hanser Verlag, München Wien (1992), (ISBN 3-446-17068-5; siehe AMK-Büchersammlung unter F 1)
[2] Michler, G. H.: Atlas of Polymer Structures. Morphology, Deformation and Fracture Structures. Carl Hanser Verlag, München (2016) (ISBN 978-1-56990-557-9; E-Book ISBN 978-1-56990-558-6; siehe AMK-Büchersammlung unter F 14)
[3] Wunderlich, B. (Ed.): Macromolecular Physics. Vol. 1. Academic Press Inc., New York (2005)
[4] Patel, R. M., Butler, T. I., Walton, K. L., Knight, G. W.: Investigation of Processing-structure-properties Relationships in Polyethylene Blown Films. Polymer Engineering and Science 34 (1994) 1506–1514
[5] Rist, H.: Leicht und ruckfrei aufreißen. Neue Verpackung 4 (2005) 182–184
[6] Stober, P., Rist, H.: Leicht und gefahrlos öffnen. Kunststoffe 6 (2004) 66–69
[7] Hwo, C. C.: Polybutylene Blends as Easy Open Seal Coats for Flexible Packaging and Lidding. Journal of Plastic Film and Sheeting 3 (1987) 245–260
[8] Nase, M.: Zusammenhang zwischen Herstellungsbedingungen, übermolekularer Struktur und Eigenschaften von Peelfolien. Shaker Verlag 2010 (ISBN 978-3-8322-9099-3; siehe AMK-Büchersammlung unter B 1-17)