Kreuzvernetzungen

Kreuzvernetzungen bezeichnen die Bildung von Bindungen zwischen Polymerketten, wodurch ein dreidimensionales Netzwerk entsteht. Im Gegensatz zu linearen Polymeren bleiben die Ketten durch verbindende Vernetzungen fest miteinander verbunden, was zu Unlöslichkeit, erhöhter Festigkeit und oft größerer thermischer Stabilität führt.

Grundtypen der Vernetzung sind chemische Kreuzvernetzungen, Strahlungsvernetzungen und physikalische Vernetzungen. Chemische Vernetzung erfolgt durch covalent bonds durch chemische Reagenzien oder Reaktionen (zum Beispiel Schwefelbridges in der Vulkanisation, Peroxide, Silane). Strahlungsvernetzung nutzt Ionisierung durch Gamma- oder Elektronenstrahlung. Physikalische Vernetzungen beruhen auf reversiblen Interaktionen wie Ionenbindungen, Wasserstoffbrücken oder Kristallisation. In der Praxis unterscheiden sich dauerhafte, meist irreversible Netzwerke von reversiblen, temperatur- oder pH-abhängigen Systemen.

Die Netzwerkstruktur wird durch die Vernetzungsdichte bestimmt. Eine höhere Vernetzungsdichte erhöht Festigkeit, Steifigkeit und Wärmebeständigkeit, verringert jedoch die Löslichkeit und kann die Zähigkeit reduzieren. Das Ausmaß des Aufquellens in einem Lösungsmittel hängt vom Verhältnis von Netzwerkkontakten zu freienKetten ab und lässt sich theoretisch durch Modelle wie Flory-Rehner beschreiben. Netzwerkqualität wird durch Messgrößen wie Gelpunkts, Gelanteil, Schwellverhalten sowie rheologische Eigenschaften und Thermostufen (DSC, DMA) beurteilt.

Anwendungen finden sich in vulkanisiertem Gummi, Epoxidharz- und Polyurethan-Systemen, Hydrogels für Medizin und Biotechnologie sowie Ionenaustauschern. In biologischen Systemen treten Vernetzungen enzymatisch auf (etwa Transglutaminasen), die Proteinnetzwerke stabilisieren.