E1 Kettenstruktur: Molekulargewicht und Verteilung

Thema

Im Gegensatz zu Materialien, deren relevante Struktureinheit das einzelne Atom ist, ist bei diesem Polymer die gesamte Molekülkette die relevante Einheit. Diese Molekülkette besitzt zudem keine einheitliche, feste Länge; vielmehr verteilen sich die Kettenlängen der verschiedenen Ketten innerhalb dieser Verteilung: Einige Ketten sind länger, andere kürzer. Zur Charakterisierung des Polymers wird diese Kettenlängenverteilung durch zwei unterschiedliche Molekulargewichtsmittelwerte zusammengefasst: das zahlenmittlere Molekulargewicht, bei dem jede Molekülkette unabhängig von ihrer Länge gleich gewichtet wird, und das gewichtsmittlere Molekulargewicht, bei dem jede Molekülkette entsprechend ihrer Masse gewichtet wird, sodass die längeren Molekülketten in dieser Verteilung im zweiten Mittelwert ein höheres Gewicht aufweisen als im ersten.

Das Verhältnis zwischen dem gewichtsmittleren und dem zahlenmittleren Molekulargewicht definiert den Polydispersitätsindex dieses Polymers: Je breiter die Kettenlängenverteilung, desto stärker weicht dieses Verhältnis von eins ab, da die längeren Molekülketten in dieser breiten Verteilung das gewichtsmittlere Molekulargewicht deutlich stärker erhöhen als das zahlenmittlere Molekulargewicht. Eine engere Kettenlängenverteilung, bei der alle Molekülketten dieses Polymers ähnliche Längen aufweisen, führt zu einem Polydispersitätsindex nahe eins.

Daher verwendet dieses Modell mit seiner Kettenlängenverteilung und den beiden zugrunde liegenden mittleren Molekulargewichten auch das mittlere Molekulargewicht, um den Polymerisationsgrad dieses Polymers zu bestimmen – die durchschnittliche Anzahl an Wiederholungseinheiten, aus denen jede Molekülkette in dieser Verteilung besteht: Je höher das mittlere Molekulargewicht, desto mehr Wiederholungseinheiten enthält jede Molekülkette im Durchschnitt und desto höher ist folglich der Polymerisationsgrad. Dasselbe mittlere Molekulargewicht und derselbe Polydispersitätsindex werden in der experimentellen Methode, die ein anderes Modell dieser Gruppe beschreibt, direkt aus der hydrodynamischen Größe dieser Molekülketten gemessen. Umgekehrt werden sie auch durch die zufällige Kettenspaltung, die ein anderes Anwendungsmodell dieser Gruppe beschreibt, reduziert, indem jede dieser Molekülketten innerhalb derselben Verteilung in kürzere Molekülketten zerlegt wird.

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