Molmassenverteilung

Molmassenverteilung beschreibt die Verteilung der Molekulargewichte in einer Probenmenge eines Polymers. Sie gibt an, wie viele Moleküle einer bestimmten Größe vorkommen und wie sich die Gewichte der Moleküle verteilen. Zwei zentrale Größen zur Charakterisierung sind die n-durchschnittliche und die m-durchschnittliche Molmasse.

Die n-durchschnittliche Molmasse Mn wird berechnet als Mn = Σ Ni Mi / Σ Ni, wobei Ni die Anzahl der Moleküle mit Molekulargewicht Mi angibt. Die gewichtete Molmasse Mw berücksichtigt die Massenkopplung der Moleküle und lautet Mw = Σ Ni Mi² / Σ Ni Mi. Ein weiteres Maß ist Mz = Σ Ni Mi³ / Σ Ni Mi². Der Polydispersitätsindex PDI bzw. Dispersity Đ wird oft als Mw/Mn angegeben und beschreibt die Breite der Verteilung; idealerweise wäre Đ nahe 1,0.

Typische Verteilungsformen ergeben sich aus dem Polymerisationsmechanismus. Für charakterisierte Reaktionen der Kettenwachstums-Polymerisation treten oft Verteilungen auf, die sich durch Modelle wie die Schulz-Zimm-Verteilung beschreiben lassen, während bei Verzweigungs- bzw. Kondensationspolymerisation häufig Flory-Schulz-Verteilungen verwendet werden. Die Form der Molmassenverteilung beeinflusst Eigenschaften wie Schmelzflussindex, Viskosität, Festigkeit, Verarbeitbarkeit und Kristallisation.

Messmethoden umfassen die Größenaustausch-Chromatographie (SEC, auch GPC) mit Kalibration gegen Polystyren-Standardlösungen oder absolute Methoden wie Mehrwinkel-Lichtstreuung (MALS) gekoppelt mit SEC. Oft werden Mn und Mw aus den Verteilungsdaten abgeleitet, während andere Tests wie Druckviskosität oder Differential-Kalorimetrie die Folgen der Verteilung aufzeigen.

Die Molmassenverteilung ist damit ein zentrales Charakterisierungselement der Polymerchemie, das Struktur- und Prozessparameter mit Materialeigenschaften verknüpft.