Polymere - Homepage WEE-Solve GmbH

Polymere sind Makromoleküle, die wie Ketten aus Wiederholungseinheiten - den Monomeren - zusammengesetzt sind. Dabei bestehen sie meist aus einem Gemisch unterschiedlicher Kettenlänge. Sie sind im Pflanzen- und im Tierreich von jeher allgegenwärtig in Form von Biopolymeren, wie Polypeptiden/Eiweiß, Stärke/Mais oder Cellulose/Holz. Seit etwa einem Jahrhundert kann man Polymere auch im Labor synthetisieren. Inzwischen spielen die industriell erzeugten Produkte (oft Kunststoffe genannt) - in Form von Kleidung, Verpackungsmaterialien, Autoreifen, Kosmetika und Lebensmitteln - eine so wichtige Rolle, dass sie aus dem modernen Leben nicht mehr wegzudenken sind.
Sowohl Biopolymere und deren Derivate als auch spezielle synthetische Polymere erfüllen zunehmend anspruchsvolle Sonderaufgaben in Medizin, Kosmetik und Technik. Bei diesen maßgeschneiderten Einsätzen stört oft die Tatsache, dass die Polymeren auch bei gleicher chemischer Zusammensetzung meist Moleküle sehr unterschiedlicher Molmasse enthalten. Für linear gebaute Produkte bedeutet dies, dass sie eine breite Längenverteilung besitzen. Diese Besonderheit kann sowohl im Falle ihrer Verwendung als Pharmazeutika als auch bei ihrem industriellen Einsatz Probleme verursachen.
Um besonderen Anforderungen zu genügen, ist daher eine Entfernung von synthesebedingten unvermeidbaren, störenden Bestandteilen notwendig. Diese Abtrennung zu kurzer oder zu langer Ketten nennt man Polymerfraktionierung.

Im Gegensatz zu niedermolekularen Substanzen, die nur aus einer einzigen Art von Molekül bestehen, setzen sich Polymere aus einem Gemisch aus Molekülen mit unterschiedlichen Molekulargewichten zusammen. Daher werden Molekulargewichte von Polymeren immer als Mittelwert angegeben. Dabei gibt es verschiedene Arten der Mittelwertbildung, die sich in der Art der Wichtung unterscheiden. Die gängigsten Mittelwerte sind das zahlenmittlere Molekulargewicht Mn das gewichtsmittlere Molekulargewicht Mw und das zentrifugenmittlere Molekulargewicht Mz:

wobei ni die Anzahl der Moleküle mit dem Molekulargewicht Mi bedeutet.

Die verschiedenen Mittelwerte können mit unterschiedlichen analytischen Methoden bestimmt werden (Mn mittels Osmose, Mw mittels Lichtstreuung und Mz mit der Ultrazentrifuge). Die leistungsstärksten Methoden zur Bestimmung der Molekulargewichte sind die Gel-Permeations Chromatographie (GPC, auch Größenausschlusschromatographie genannt) und MALDI-TOF (matrix assisted laser deionization/ionization - time of flight mass spectroscopy) da sie die gesamte Molekulargewichtsverteilung und damit auch die sogenannte Polydispersität D bestimmen können.

Die Polydispersität ist ein Maß für die Breite einer Molekulargewichtsverteilung. Für Polymere, die nur aus Molekülen einer einzigen Kettenlänge bestehen (z.B. Proteine), ist die Polydispersität gleich eins. Je unterschiedlicher die Kettenlängen in einem Polymer sind, desto größer wird D.

Durch das Entfernen von kurzen und/oder langen Ketten - wie es bei der Fraktionierung getan wird - kann die Polydispersität einer Polymeren verringert werden. Dabei versagen normalerweise die für niedermolekulare Substanzen gängigen Methoden wie Destillation (da Polymere nicht flüchtig sind) oder fraktioniertes Auskristallisieren (da die meisten Polymere nicht kristallisieren). Eine Abtrennung muss daher im gelösten Zustand erfolgen. Eine Möglichkeit bietet dabei die oben erwähnte GPC. Allerdings wird diese Methode überwiegend für analytische Maßstäbe verwendet und ist für die Produktion größer Probenmengen ungeeignet.
Für die Gewinnung größerer Mengen stehen Methoden zur Verfügung die auf der flüssig-flüssig Entmischung von polymerhaltigen Systemen beruhen. Die Grundlagen dieser Art der Fraktionierung befinden sich auf der folgenden Seite:

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