Polystyrol-Divinylbenzol-Copolymere

Polystyrol-Divinylbenzol-Copolymere erhält man, wenn Polystyrol mit Divinylbenzol (DVB) zusammen polymerisiert wird. Dabei bildet das DVB Brücken zwischen den Polystyrol-Makromolekülen und bewirkt so eine dauerhafte Formstabilität. Diese Brückenbildung wird auch Vernetzung genannt.

Je nach Zusatzmenge an DVB sind unterschiedliche Produkteigenschaften einstellbar. Die DVB-Copolymere bilden die Matrix für Ionentauscher-Harze, die durch Modifizierung der Polymerketten basische oder saure Eigenschaften haben können.

Vernetzende Copolymerisation von Styrol mit Divinylbenzol

Reagenzien:

Folgende Reagenzien werden verwendet:

• Dibenzoylperoxid (Benzoylsuperoxid) C₁₄H₁₀O₄
  Farbloses krist. Pulver,
  Schmelzpunkt 103–106 °C (kann beim Erhitzen explodieren)
  in Wasser und Alkohol wenig löslich, in organischen Lösungsmitteln wie Aceton, Benzol, Chloroform und Ether.
• Styrol (Vinylbenzol, Phenylethylen, Ethenylbenzol) C₆H₅CH=CH₂
  Farblose, Benzol-artig riechende, ungesätt., stark lichtbrechende, brennbare, leicht polymerisierende Flüssigkeit,
  Dichte 0,909 g/cm³,
  Schmelztemperatur: –30 °C,
  Siedetemperatur: 145°C, zündfähiges Gemisch.
  Die Dämpfe reizen die Augen u. die Atemwege. Kontakt mit der Flüssigkeit bewirkt Reizung der Augen u. der Haut; bei längerer Einwirkung Blasenbildung möglich. In Wasser (0,03 g/100 ml) ist es nur sehr begrenzt löslich, in Aceton, Ether, Schwefelkohlenstoff in Alkohol ist es gut löslich.
• Divinylbenzol (Vinylstyrol DVB) C₆H₄(CH=CH₂)₂
  Technisches Divinylbenzol (C₁₀H₁₀, o-Divinylbenzol + p-Divinylbenzol) ist ein Gemisch (Isomerengemisch ) aus dem ortho-, meta- und para- Isomeren.
  Es ist eine wasserklare, schleimhautreizende, leicht polymerisierbare Flüssigkeit.
  Es wird hauptsächlich eingesetzt als Vernetzungsmittel bei der Herstellung von Styrol-(Co)polymeren, denen es verminderte Löslichkeit in den meisten org. Lösungsmitteln, verbesserte Wärmebeständigkeit, höhere Härte u. Festigkeiten vermittelt, ohne deren Aussehen sowie optische u. elektrische Eigenschaften zu beeinflussen. Die weitaus größte Menge wird bei der Herst. von Copolymeren mit Styrol für den Einsatz als Ionenaustauscher verbraucht. In Wasser ist es unlöslich.
• Polyvinylalkohol 72000
  Polyvinylalkohole (PVAL)

Reaktionen

Startreaktion:

Dibenzoylperoxid zerfällt in zwei Radikale:

Kettenstart:

Ein Radikal nähert sich dem Monomer, lagert sich am C-Atom an und die Doppelbindung öffnet sich. Die Radikaleigenschaft liegt jetzt beim Monomer. Dies kann sowohl an der Doppelbindung des Styrols als auch an beiden Doppelbindungen des Divinylbenzols geschehen. Ebenso kann ein Styrol Radikal am Divinylbenzol angreifen, oder umgekehrt.

Kettenwachstum:

In der Lösung befinden sich Styrol - Radikale und Divinylbenzol - Radikale, bzw. Divinylbenzol und Styrol Moleküle, welche durch ein Radikal „aktiviert“ werden können. Beide Radikale können nun miteinander Kombinieren und bilden so das Copolymerisat. Da das Divinylbenzol an „beiden Enden Radikale bilden kann“ und die Bindungswinkel nicht planar sind, entsteht so ein räumlich (3-dimensional) vernetztes Gebilde (vernetztes Polystyrol oder PS-X).

Wegen der vernetzten Struktur ist PS-X in allen Lösungsmitteln unlöslich. Es ist aber in der Lage, viele organische Stoffe in sein Netzwerk aufzunehmen und kann zur Entfernung von wenig oder nicht dissoziierten organischen Substanzen wie Phenolen, chlorierten Lösemitteln, Antibiotika und Komplexbildnern aus wässrigen oder organischen Lösungen eingesetzt werden. PS-X ist Ausgangsmaterial zur Herstellung von Ionenaustauschern.

Das dreidimensionale Netzwerk:

Divinylbenzol liefert die Verzweigungs- bzw. Vernetzungsstellen, da es zwei Vinylgruppen besitzt.