Copolymere: Strukturprinzipien und Eigenschaften

Copolymere sind Polymere, die aus mindestens zwei unterschiedlichen Monomerarten bestehen, die in einer gemeinsamen Makromolekülkette chemisch verknüpft sind. Durch gezielte Wahl der Monomere und ihrer Anordnung lassen sich mechanische, thermische, chemische und verarbeitungstechnische Eigenschaften wesentlich feiner einstellen als bei Homopolymeren.

Strukturell unterscheidet man primär statistische, alternierende, gradienten‑, Block‑ und Pfropf‑ (Graft‑)-Copolymere. Diblock-Copolymere sind ein Spezialfall der Block-Copolymere, bei denen zwei chemisch unterschiedliche Blöcke kovalent verbunden sind. Segmentierte Copolymere bestehen aus sich wiederholenden „harten“ und „weichen“ Segmenten und zeigen häufig ausgeprägte Phasenseparation und damit thermoplastisches Elastomerverhalten. Graft-Kopolymere besitzen eine Hauptkette mit seitlich aufgepfropften Seitenketten anderer chemischer Natur.

Die Mikrostruktur (Taktizität, Verteilung der Comonomere, Blocklängen) wird durch Polymerisationsmechanismus und Reaktivitätsverhältnisse der Monomere bestimmt. Sie steuert Glasübergangstemperatur(en), Kristallisationsverhalten, Phasenseparation und Morphologie im Nano‑ bis Mikrometerbereich. Selbstorganisierte Strukturen von Block- und segmentierten Copolymeren sind Grundlage für Anwendungen in Nanolithographie, Membrantechnik und reaktionsfähigen Beschichtungen.

Aktuelle Entwicklungen umfassen bioabbaubare und biobasierte Copolymere, etwa furanbasierte Copolymere, bei denen Furan-Derivate aus nachwachsenden Rohstoffen (z. B. FDCA) mit weiteren Monomeren kombiniert werden. Solche Systeme erlauben die Substitution petrochemischer Kunststoffe bei gleichzeitiger Feinabstimmung von Barriereeigenschaften, thermischer Stabilität und Rezyklierbarkeit.

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