21.4: Polymere: Molekulargewichtsverteilung

Für jedes beliebige Polymer ist das Gewichtsmittel des Molekulargewichts (M_w) höher als das Zahlenmittel des Molekulargewichts (M_n), wenn nicht sogar gleich. Die einzige Situation, in der das gewichtsmittlere Molekulargewicht und das zahlenmittlere Molekulargewicht gleich sind, ist, wenn ein Polymer nur aus Ketten mit gleichem Molekulargewicht besteht. Dies ist jedoch bei einem synthetischen Polymer nie der Fall, da es schwierig ist, den Polymerisationsprozess bis auf die molekulare Ebene mit hundertprozentiger Genauigkeit zu steuern.

Daher wird das Verhältnis von M_w zu M_n, der sogenannte Polydispersitätsindex (PDI) oder die Dispersität (ĐM), verwendet, um Polymere nach der Molekulargewichtsverteilung zu kategorisieren.

Da das gewichtsmittlere Molekulargewicht gleich oder größer als das zahlenmittlere Molekulargewicht ist, beträgt der Wert des PDI immer eins oder mehr. Wenn der PDI eins ist, wird das Polymer als monodispers (einheitlich) bezeichnet, da alle einzelnen Polymerketten das gleiche Molekulargewicht haben. Natürliche Polymere wie DNA sind Beispiele für monodisperse Polymere.

Alle synthetischen Polymere sind polydispers (uneinheitlich). Da einzelne Ketten synthetischer Polymere unterschiedliche Molekulargewichte haben, ist der PDI immer größer als eins. Der PDI steigt mit zunehmender Molekulargewichtsverteilung im Polymer. Ein Wert näher bei eins weist auf eine enge Verteilung der Molekulargewichte hin. Um ein Polymer mit enger Gewichtsverteilung zu erhalten, ist eine Polymerisation unter kontrollierten Reaktionsbedingungen erforderlich. Eine unkontrollierte Polymerisation führt zu Polymerketten mit stark variierenden Molekulargewichten und als Folge davon zu einem PDI, der weit über eins liegt.

Denken Sie daran, dass Polymere immer ein höheres durchschnittliches Molekulargewicht als ein durchschnittliches Molekulargewicht besitzen, es sei denn, alle Polymerketten haben das gleiche Molekulargewicht.

Als Maß für die Molekulargewichtsverteilung in Polymeren wird der Polydispersitätsindex (PDI) ausgewertet.

Der Polydispersitätsindex ist das Verhältnis des durchschnittlichen Gewichts zum durchschnittlichen Molekulargewicht.

Der minimale Polydispersitätsindexwert für ein Polymer ist eins. Dieser Wert gibt an, dass alle Ketten im Polymer das gleiche Molekulargewicht haben, was es zu einem monodispersen Polymer macht.

Dies kommt bei synthetischen Polymeren nie vor, daher haben alle synthetischen Polymere einen Polydispersitätsindex von mehr als eins und werden daher als polydisperse Polymere bezeichnet.

Ein Polydispersitätsindex nahe eins deutet auf eine enge Verteilung der Molekulargewichte zwischen den verschiedenen Polymerketten hin.

Höhere Polydispersitätsindexwerte deuten wiederum auf eine breite Verteilung der Molekulargewichte hin.