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Die Polykondensation

Aus Säure und Alkohol wird Ester und Wasser — und wenn beide Partner zwei Hände haben, eine Faser für Tausende T-Shirts.

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Verknüpfen unter Wasserabspaltung

  • Anknüpfung:die Veresterung (5.2.3) — Carbonsäure und Alkohol reagieren unter Abspaltung von Wasser. Anders als bei der Polymerisation (6.1.3) wird nicht addiert, sondern kondensiert.
  • Bedingung:jedes Monomer trägt zwei funktionelle Gruppen (bifunktionell) — nur so kann die Kette an beiden Enden weiterwachsen.
  • Polyester:Dicarbonsäure + Diol → Esterbindung \(\ce{-CO-O\bond{-}}\).
  • Polyamid:Dicarbonsäure + Diamin → Amidbindung \(\ce{-CO-NH\bond{-}}\).
  • Nebenprodukt:pro neuer Bindung ein kleines Molekül — meist \(\ce{H2O}\), mit Säurechloriden \(\ce{HCl}\).

Klicke Monomere im Vorrat an (oder Tab, ←/→ und Enter): Sie werden rechts an die Kette gehängt — aber nur, wenn die Endgruppen miteinander kondensieren können.

Kette bauen, Wasser abspalten

Halte fest: Jede neue Ester- oder Amidbindung setzt genau ein Wassermolekül frei. Nur Moleküle mit zwei funktionellen Gruppen verlängern die Kette — ein monofunktionelles Molekül verschließt das Kettenende.

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Stufenwachstum und Gleichgewicht

Merke

Polykondensation zu PET: \(\ce{n HOOC-C6H4-COOH}\) \(\ce{+ n HO-CH2-CH2-OH}\) \(\ce{<=>}\) \(\ce{-[CO-C6H4-COO-(CH2)2-O]_{n}-}\) \(\ce{+ 2n H2O}\)

  • Wiederholeinheit:enthält einen Säure- und einen Diolrest; bei einem AB-Monomer (z. B. 6-Aminohexansäure → Polyamid 6) nur einen Baustein.
  • Stufenwachstum:Monomere, Dimere und Oligomere reagieren alle miteinander; lange Ketten entstehen erst ganz am Ende.
  • Carothers:mittlerer Polymerisationsgrad \(\overline{X}_n = \dfrac{1}{1-p}\) (Umsatz \(p\)) — für 100 Bausteine braucht man \(p = 0{,}99\).
  • Gleichgewicht:Kondensation ist umkehrbar (Hydrolyse). Wasser wird bei hoher Temperatur im Vakuum abgezogen — das Gleichgewicht verschiebt sich zum Polymer (Le Chatelier).
  • Stöchiometrie:Säure- und Alkohol- bzw. Amingruppen genau im Verhältnis 1 : 1 — ein Überschuss oder ein monofunktioneller Stoff begrenzt die Kettenlänge.
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Allgemeine Hinweise

Das Wasser gehört dazu

In jeder Gleichung der Polykondensation steht das Nebenprodukt: pro Ester- oder Amidbindung ein H₂O. Für lange Ketten schreibt man 2n H₂O (genau: 2n − 1).

Wiederholeinheit vollständig

Bei Polyestern aus Dicarbonsäure und Diol gehören beide Reste in die eckige Klammer. Die OH- bzw. H-Atome der Monomere fehlen — sie stecken im Wasser.

Erst Gruppen zählen

Vor jeder Aufgabe die funktionellen Gruppen je Monomer zählen: eine → Kettenabbruch, zwei → lineare Kette (Thermoplast), drei → Vernetzung (Duroplast, 6.1.1).

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