Polymernetzwerke

Polymernetzwerke sind polymerartige Strukturen, in denen lange Ketten durch chemische oder physikalische Verknüpfungen zu einem dreidimensionalen Netz verbunden sind. Aufgrund der Vernetzung können sie sich in Lösung nicht lösen, sondern nur schwellen. Je nach Vernetzungsart weisen sie unterschiedliche mechanische Eigenschaften auf, von festeren Elastomeren bis zu wasseraufnahmefähigen Hydrogelen.

Vernetzungstypen umfassen kovalente Netzwerke (thermosets), die durch dauerhafte Bindungen stabilisiert sind, sowie physikalische oder supramolekulare Netzwerke, die sich durch nicht kovalente Anfahrverbindungen wie Wasserstoffbrücken, Ionenbindungen oder reversible Bindungen charakterisieren. Dynamische oder reversible Netzwerke verwenden chemische Reaktionen, die Bindungen gezielt lösen und neu bilden, um Eigenschaften wie Reversibilität oder Selbstheilung zu ermöglichen.

Herstellung erfolgt durch das Verknüpfen von Funktionen in vorbereiteten Prepolymersystemen mit mehrwertigen Vernetzern (z. B. difunktionale oder multifunctionale Monomere) während der Polymerisation oder durch nachträgliche Vernetzung. Techniken reichen von radikalischer Polymerisation über kondensationsreaktionen bis hin zu Klick-Reaktionen. Die Netzwerkdichte, also das Verhältnis von Vernetzungsstellen zu Monomeren, bestimmt Dichte, Festigkeit, Elastizität und das Schwellverhalten.

Wichtige Eigenschaften umfassen Elastizität, mechanische Festigkeit, Glasübergangstemperatur, Schwellenverhalten und Diffusionscharakteristika. Die Schwelltheorie (z. B. Flory-Rehner) beschreibt das Verhältnis von gebundenem Netz zu aufgenommenem Lösungsmittel. Anwendungen finden sich in Elastomeren, Hydrogelen für Kontaktlinsen und Wundauflagen, Gewebe- und Medikamentenabgabesystemen, Beschichtungen sowie Adsorptionsmedien.

Typische Beispiele sind Polyacrylate- und Polyacrylamid-Gele sowie silikonbasierte Elastomere wie Polydimethylsiloxan-Netzwerke.