Was ist ein Copolymer?
In der Chemie ist ein Polymer eine Kette von Molekülen, die durch Verbinden vieler kleiner Moleküle hergestellt wird. Polymere gibt es in verschiedenen Varianten, eine Art ist das Copolymer. Ein Copolymer entsteht, wenn zwei verschiedene Arten von Molekülen in derselben Polymerkette verbunden sind.
Jede der beiden Arten von Molekülen wird als Monomer bezeichnet, und die Anordnung der Monomere führt zu unterschiedlichen Kategorien und Unterkategorien von Copolymeren. Beispielsweise besteht ein alternierendes Copolymer aus regelmäßig alternierenden Monomeren A und B, so dass die Copolymerkette lautet: ABABABAB. Ein statistisches Copolymer ist eines mit statistischen Sequenzen von A und B, wie BAAABABAABB. Periodische Copolymere sind noch komplizierter, da sie aus A- und B-Monomeren bestehen, die in einer sich wiederholenden Reihenfolge angeordnet sind. Wenn sich beispielsweise die in dem obigen zweiten Beispiel beschriebene A- und B-Sequenz ohne Änderung wiederholen würde, obwohl die Sequenz selbst zufällig zu sein scheint, wäre dies ein periodisches Copolymer.
Blockcopolymere haben vielleicht die einfachste Struktur, aber auch die seltsamsten Eigenschaften. Diese Copolymere bestehen aus "Blöcken", in denen alle Monomertypen zu Gruppen zusammengefasst sind, während alle anderen Monomertypen zu Gruppen zusammengefasst sind. Es ist, als ob zwei gewöhnliche Polymere an den Enden miteinander verbunden wären. In diesen Verbindungen verhalten sich die beiden Monomere so, wie es die Wissenschaftler als Phasentrennung bezeichnen.
Die Phasentrennung ist dasselbe, was passiert, wenn sich Öl und Wasser - zwei inkompatible Substanzen - in einem Behälter trennen. Die Verbindungen in Blockcopolymeren sind jedoch atomar miteinander verbunden, so dass sie sich nicht wie Öl und Wasser visuell trennen, sondern im mikroskopischen Maßstab trennen. Diese Trennung in den Blöcken bildet sehr kleine, aber sehr starre Strukturen. Diese Substanzen sind stark genug, dass einige Arten von Blockcopolymeren in Schuhsohlen und Autoreifen verwendet werden. Es ist auch interessant festzustellen, dass Blockcopolymere nicht nur aus zwei Monomeren bestehen können, sondern in einigen Fällen aus bis zu fünf oder mehr.
Ein anderer Weg zur Kategorisierung von Copolymeren ist die Form der Strukturen, die durch die Polymerketten gebildet werden. Lineare Copolymere sind nur eine einzige Kette, während verzweigte Copolymere eine Hauptkette aufweisen, wobei andere Ketten in Intervallen zur Seite verzweigen. Eine übliche Art von verzweigtem Copolymer ist das Pfropfcopolymer, bei dem die Hauptkette nur aus Monomer A besteht und die Verzweigungen nur aus Monomer B.
In diesem Fall können beide Monomere dem fertigen Pfropfcopolymer Eigenschaften verleihen. Ein Beispiel wäre schlagfestes Polystyrol. Es hat eine Polystyrol-Hauptkette, die dem Material seine Festigkeit verleiht. Auf das Polystyrolgerüst sind Ketten aus der Verbindung Polybutadien aufgepfropft, die dem Material eine Elastizität verleihen, die herkömmlichem Polystyrol fehlt.