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Fraktionierung und Lösungseigenschaften von Polymeren mit komplexer Struktur: Celluloseacetat, PMMA (Sterne, verzweigt) und SAN
S. Loske (2003)


In der vorliegenden Arbeit wurden Polymeren mit komplexer Struktur nach dem Molekulargewicht bzw. nach der chemischen Zusammensetzung fraktioniert. Mit Hilfe eines neu entwickelten Verfahren, der "Spinn-Fraktionierung", konnten aus linearem Celluloseacetat und nicht-linearem Polymethylmethacrylat (hyperverzweigt und sternförmig) Fraktionen mit unterschiedlichem Molekulargewicht erhalten werden. Für das Copolymere Poly(styrol-acrylnitril) wurde eine Aufspaltung nach der chemischen Zusammensetzung erreicht.

Celluloseacetat (CA, mit einer apparenten Uneinheitlichkeit U* = 1.6) konnte mit Hilfe des Mischlösungsmittels Methylacetat/2-Propanol in vier Fraktionen mit U* von 0.5 zerlegt werden. Dabei war keine Auftrennung nach dem Substitutionsgrad zu beobachten. Die Ergebnisse der diskontinuierlichen Spinnfraktionierung wurden erfolgreich auf ein kontinuierliches Verfahren übertragen. Elektronenmikroskopische Aufnahmen von Membranen (aus fraktionierter CA mittels Phaseninversion hergestellt), zeigten deutliche Unterschiede in der Morphologie, welche durch Entmischungskinetik zu erklären sind.

Sternförmiges Polymethylmethacrylat (PMMA) wurde nach der arm-first Methode synthetisiert und ebenso wie hyperverzweigtes PMMA fraktioniert und charakterisiert. Die Synthese lieferte drei Sternpolymeren mit unterschiedlicher Armlänge. Man beobachtet, dass die mittlere Armzahl pro Stern mit zunehmender Armlänge abnimmt. Für die Fraktionierung aller PMMAs erwies sich das Lösungsmittel/Fällungsmittel Gemisch Aceton/Methanol als geeignet. Die Uneinheitlichkeit der Sternpolymeren, die anfangs zwischen 0.43 und 0.27 lag, konnte bis zu 0.1 reduziert werden. Die Fraktionen des hyperverzweigten PMMAs haben eine Uneinheitlichkeit von 0.2 gegenüber 0.5 für das Ausgangsmaterial. Die Eigenschaften der nicht-linearen PMMA-Fraktionen wurden in verdünnter Lösung durch Lichstreuung und Kapillarviskosimetrie untersucht und mit denen von linearem PMMA verglichen.

Für die Fraktionierung von Poly(styrolacrylnitril) (SAN) wurde das Phasendiagramm von N,N-Dimethylacetamid/Polystyrol (PS)/SAN untersucht. Die Elementaranalyse des in den koexistenten Phasen enthaltenen SANs zeigte eine Fraktionierung nach der chemischen Zusammensetzung. In der PS-reichen Phase liegt der Styrol-Anteil bei ca. 70 Mol %, in der SAN-reichen Phase bei 45-50 Mol %, gegenüber von 52 Mol % für das Ausgangsmaterial. Eine Modellierung des Phasendiagramms, die das Verfahren der Direktminimierung der Gibbs'schen Mischungsenergie verwendet, beschreibt die experimentellen Daten qualitativ.

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