On the solid state phases of poly(trans-1,4-butadiene)

Summary

The method of semiempiric-atomistic calculations is applied to a polydiene. For this purpose a Coulomb term has to be added to a potential set used successfully for polyolefines. All stable 4 *p/q helices of poly(trans-1,4-butadiene) are calculated. This yields a conformation for the low temperature phase which is in agreement with X-ray data in the literature. Chain conformations are proposed for the high temperature phase carefully considering the energies (determined in the single chain approximation) and the packing properties.

Experimentelly, the enthalpy and entropy differences between the phases, calculated only intramolecularly, are determined by high pressure dilatometry and calorimetry. A commercial material is investigated in the full pressure range up to 3 kbar; for low pressure dilatometry and calormetry a purely trans polymer, initially in extended chain conformation, is used. Experimental data are compared with calculated values and discrepancies are discussed.

Zusammenfassung

Die Methode der semiempirisch-atomistischen Rechnung wird auf ein Polydien angewendet. Dazu wird ein bei Polyolefinen bewährter Potentialsatz um einen Coulombterm erweitert. Berechnet werden alle stabilen 4 *p/q Helices des Poly-trans-1,4-butadiens, und es ergibt sich eine Konformation für die Tieftemperaturphase, die mit Röntgendaten in der Literatur übereinstimmt. Für die Hochtemperaturphase werden Kettenkonformationen vorgeschlagen, bei denen die in der Einzelkettennäherung bestimmte Energie und die Packung berücksichtigt wird.

Die Enthalpie- und Entropieunterschiede zwischen beiden Phasen, die bisher nur intramolekular berechnet sind, werden experimentell mit den Methoden der Hochdruckdilatometrie und der Kalorimetrie bestimmt. Dabei wird im Hochdruckbereich bis 3 kbar ein handelsübliches Material gemessen, im Niederdruckbereich und kalorimetrisch aber ein reines trans-Polymeres, das anfangs gestrecktkettig vorliegt. Die experimentellen Werte werden mit den berechneten verglichen, und ihre Unterschiede werden diskutiert.