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2014 | Buch

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Makromolekulare Chemie

Ein Lehrbuch für Chemiker, Physiker, Materialwissenschaftler und Verfahrenstechniker

verfasst von: M. D. Lechner, Klaus Gehrke, Eckhard H. Nordmeier

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Das bewährte Aufbauprinzip Struktur-Synthese-Eigenschaften wurde auch in der fünften Auflage beibehalten. In den Kapiteln Struktur der Makromoleküle und Synthese von Makromolekülen, Polyreaktionen werden Grundbegriffe wie Konstitution, Konfiguration und Konformation erläutert, Syntheseprinzipien beschrieben und die Grundlagen der Polyreaktionstechnik vermittelt. Das Makromolekül in Lösung geht auf die Verteilungsfunktionen der Makromolekülkette, die Thermodynamik von Polymerlösungen und alle zur Charakterisierung wichtigen Messmethoden und Theorien ein. Das Makromolekül als Festkörper und als Schmelze behandelt grundlegende Strukturen, thermische, mechanische, rheologische, viskoelastische, optische und elektrische Eigenschaften sowie Umwandlungen von Polymeren und enthält eine Einführung in die technische Verarbeitung von Makromolekülen. Die weiteren Kapitel des Lehrbuchs erläutern die Qualitative Analyse von Makromolekülen, Reaktionen an Makromolekülen einschließlich der Alterung und dem Alterungsschutz von Polymeren und die Verwertung von Kunststoffen einschließlich der werkstofflichen, rohstofflichen und energetischen Verwertung.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassung

Kurze Einführung in die Makromolekulare Chemie

M. D. Lechner

2. Struktur der Makromoleküle

Zusammenfassung

Die Grundbegriffe der Makromolekularen Chemie wie Klassifizierung der Makromoleküle, Nomenklatur, Polymerisationsgrad, Molmasse, Molmassenmittelwerte, differentielle und integrale Molmassenverteilungen werden beschrieben und quantitativ erfasst. Der Abschnitt Konstitution beschreibt die Anordnung der Grundbausteine der Polymeren und die dadurch bedingte Molekularstruktur; neben der Konstitutionsisomerie wird auf alle Arten von Copolymeren und Molekularstrukturen eingegangen. Im Abschnitt Konfiguration wird auf die räumliche Struktur von mono- di- und ataktischen Polymeren sowie auf cis-trans-Isomere eingegangen. Der Abschnitt Konformation beinhaltet die physikalische Beschreibung der räumlichen Stellungen der Atome und Atomgruppen zueinander im Polymer. Neben der Mikro- und Makrokonformation wird besonderer Wert auf die Konformationsstatistik gelegt (Kettenendenabstand, Trägheitsradius, Zufallsknäuel, freie und eingeschränkt rotierende Polymerkette, Persistenzlänge und Persistenzkette, Kuhnsches Ersatzknäuel, Trägheitsradien für verschiedene Modell-Makromoleküle, Polydispersität, verzweigte Polymere).

M. D. Lechner, E. H. Nordmeier

3. Synthese von Makromolekülen, Polyreaktionen

Zusammenfassung

Alle Syntheseprinzipien von Kettenwachstumsreaktionen (Radikalische, Ionische, Koordinative und Gruppentransfer-Polymerisation sowie Copolymerisation) und Stufenwachstumsreaktionen (Polykondensation, Polyaddition, Dendrimere und In vitro Synthese von Polymeren) werden ausführlich erläutert und mit zahlreichen Beispielen hinterlegt. Ein besonderer Abschnitt widmet sich Organischen Polymeren mit Anorganischen Gruppen. Weiterhin wird in einem besonderen Kapitel auf die Grundlagen der Polyreaktionstechnik inkl. einer eingehenden Beschreibung der wesentlichen technischen Verfahren eingegangen.

K. Gehrke

4. Das Makromolekül in Lösung

Zusammenfassung

Der Abschnitt Verteilungsfunktionen befasst sich mit der mathematischen Beschreibung von Kettenabstands- und Segmentdichteverteilungen einschließlich der Verallgemeinerung auf drei Dimensionen. Im Abschnitt Thermodynamik wird auf ideale und reale Lösungen, das Gittermodell und die Flory-Huggins-Theorie, die Löslichkeitstheorie, Phasengleichgewichte, die Theorie des ausgeschlossenen Volumens, die Scaling-Theorie, vernetzte Makromoleküle und verschiedene Zustandsgleichungen wie Tait-Gleichung, Theorie des freien Volumens und Löchermodell eingegangen. Hierbei werden ausführlich die physikalischen und mathematischen Zusammenhänge beschrieben. Im Abschnitt Charakterisierung wird auf alle zur Charakterisierung von Makromolekülen wichtigen Messmethoden und Theorien einschließlich ihrer physikalischen Zusammenhänge eingegangen. Hierzu zählen Osmose, Ultrazentrifugation, klassische und dynamische Lichtstreuung, Viskosität, Diffusion, Chromatographie, UV- und IR-Spektroskopie, Massenspektroskopie (MS), Kernresonanz-Spektroskopie (NMR), elektrische Doppelbrechung, Feldfluss-Fraktionierung (FFF) und die Bestimmung der Kettenverzweigung von Makromolekülen.

M. D. Lechner, E. H. Nordmeier

5. Das Makromolekül als Festkörper und als Schmelze

Zusammenfassung

Im Abschnitt Strukturen wird auf die Klassifizierung von Polymeren sowie auf kristalline und amorphe Polymere einschließlich der experimentellen Methoden eingegangen. Der Abschnitt thermische Eigenschaften und thermische Umwandlungen behandelt Phasenübergänge und Umwandlungen, Messmethoden zur Ermittlung thermischer Umwandlungen, thermische Größen und Glasübergangs- und Schmelztemperaturen. Der Abschnitt mechanische Eigenschaften, Rheologie befasst sich mit Dehnung, Kompression, Scherung, Schallgeschwindigkeit, Viskoelastizität, mechanisch-dynamischen Prozessen, anelastischem Verhalten, Bruchvorgängen, Schlag- und Kerbschlagzähigkeit, Spannungskorrosion, Zeitstandzugfestigkeiten, Ermüdungsbrüchen, Härte, Reibung und Abrieb. Besondere Kapitel befassen sich mit den optischen und elektrischen Eigenschaften, der makromolekularen Struktur und den makroskopischen Eigenschaften mit den Unterkapiteln mechanische und optische Eigenschaften und Polymere als organische Halbleiter sowie mit der technischen Verarbeitung von Makromolekülen.

M. D. Lechner, E. H. Nordmeier, B. J. Schmitt, K.-H. Hahn, C. Lennartz, R. Heering

6. Qualitative Analyse von Makromolekülen

Zusammenfassung

Das Kapitel ist ein Leitfaden, um aus wenigen Angaben, äußeren Merkmalen und/oder Versuchen (qualitative Analysen, Löslichkeit) zu erkennen, mit welcher Klasse von Polymeren man es zu tun hat.

K. Gehrke

7. Reaktionen an Makromolekülen

Zusammenfassung

Es werden alle Veränderungen eines vorliegenden Makromoleküls durch chemische Reaktionen behandelt. Hierzu zählen polymer- und kettenanaloge Reaktionen, Pfropf- und Blockcopolymerisationen, Vernetzungen, Alterung und Abbaureaktionen von Polymeren. Ein Abschnitt ist der Polysaccharidchemie gewidmet. Bei der Alterung von Polymeren wird die thermische, thermooxidative und photochemische Alterung beschrieben sowie die Alterung von Polymeren durch energiereiche Strahlung, mechanische Energie und Einwirkung von Medien. Beim Abbau von Polymeren werden die statistische Kettenspaltung und die Depolymerisation behandelt. Außerdem widmet sich ein Abschnitt dem Alterungsschutz von Polymeren

K. Gehrke, S. Jovanovic

8. Verwertung von Kunststoffen

K. Wittstock und S. Meyer, BASF SE, U. Schlotter und S. Cieplik, BKV GmbH

Zusammenfassung

Es werden zunächst Rahmen, Ziele, Strategien und Konzepte des Abfallmanagements behandelt einschließlich der werkstofflichen, rohstofflichen und energetischen Verwertung. Weiterhin wird ein Einblick in das Abfallmanagement inkl. Abfallerfassung und Abfallvorbehandlung gegeben.

K. Wittstock , S. Cieplik, U. Schlotter, S. Meyer

Backmatter

Titel: Makromolekulare Chemie
verfasst von: M. D. Lechner
Klaus Gehrke
Eckhard H. Nordmeier
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-642-41769-6
Print ISBN: 978-3-642-41768-9
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-41769-6

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