Die Taktizität (griech. taxis - Anordnung), auch Stereoregularität, beschreibt die in bestimmten Intervallen wiederkehrende Anordnung von Seitenketten in einem Polymer. Prinzipiell kann Taktizität nur bei Polymeren auftreten, die aus asymmetrischen Monomeren aufgebaut sind, so z. B. bei Polypropylen oder Polystyrol, jedoch nicht bei Polyethylen oder Polytetrafluorethylen.

Die Taktizität beeinflusst wesentliche Eigenschaften des Kunststoffes, wie z.B. Härte, Formbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit, sie ist also wichtig genug, um hier Erwähnung zu finden und eine eigene Seite zu bekommen. Taktizität kommt vor bei einem Teil der Kunststoffe, die durch Polymerisation hergestellt werden.

Aber warum nicht bei allen Polymerisaten?

Polymerisate werden synthetisiert, indem sich Monomere mit (mindestens) einer Doppelbindung aneinander addieren. Das Paradebeispiel hierfür ist die Synthese von Polyethen, dessen Monomere, wie der Name sagt, Ethen-Moleküle sind, die einfachsten Alkene:

Die gezeigten Strukturformel zeigt deutlich, warum Polyethen keine Taktizität besitzt: Es existieren keine Seitenketten, die irgendwie unterschiedlich angeordnet sein können. Das Monomer Ethen ist symmetrisch aufgebaut, der entstandene Kunststoff Polyethen bzw. Polyethylen entsprechend gleichmäßig.

Ein typischer Fall für einen Kunststoff mit Seitenketten ist hingegen Polypropen, dessen Monomere Propenmoleküle sind:

In der oben gezeigten Abbildung sieht Polypropen einfach und unkompliziert aus, die CH3-Gruppen scheinen gleichmäßig angeordnet zu sein. Trotzdem lassen sich anhand der Taktizität drei Arten von Polypropen unterscheiden, aber wieso?

Statt der rechten Winkel in der obigen Zeichnung sind im eigentlichen Molekül Tetraederwinkel von 109° (siehe Bild, ein Tetraeder ist ein dreidimensionales Gebilde aus vier gleichseitigen Dreiecken) vorhanden, d.h. die Atome, die an die Kohlenstoffatome gebunden sind, bilden einen Tetraeder um das zentrale Kohlenstoffatom herum (für Fortgeschrittene: Die Kohlenstoffatome sind sp3-hybridisiert). Das bedeutet natürlich, dass die Hauptkette nicht absolut gerade, sondern im Zickzack verläuft, die an die Kohlenstoffatome gebundenen Atome und Reste haben im Idealfall folgende räumliche Anordnung, in der die Tetraederwinkel erhalten bleiben (in Wirklichkeit liegt die Kette jedoch nicht ganz ausgestreckt vor, sondern teilweise geknäult und gefaltet, die Tetraederwinkel sind aber immer vorhanden):

Diese räumliche Anordnung bedeutet aber auch, dass es für jeden Rest, der an einem C-Atom der Hauptkette hängt (bei Polypropen die CH3-Gruppe), zwei verschiedene Möglichkeiten gibt: Entweder er ragt nach vorne (in Beziehung zur oben gezeigten Hauptkette), oder er zeigt nach hinten:

Dies gilt für jedes einzelne Kohlenstoffatom, bei dem Wasserstoffatome durch andere ersetzt sind (solange nicht alle durch gleichartige Atome ersetzt sind, denn dann gibt es ja keinen Unterschied mehr). Für Polymere wie Polypropen ergeben sich daher, wenn wir das ganze Molekül mit sämtlichen hunderten oder tausenden Kohlenstoffatomen betrachten, noch weitere Möglichkeiten: Entweder können alle Reste nach vorne bzw. nach hinten zeigen, oder sie können abwechselnd nach vorne oder nach hinten ragen, oder aber völlig beliebig teilweise nach vorne und teilweise nach hinten stehen. Und genau dies ist die Taktizität !

Polymere, bei denen alle Reste in eine Richtung ragen, also alle nach vorne oder alle nach hinten, werden isotaktisch genannt:

a) Isotaktisches Polypropylen (hohe teilkristalline Struktur)
Alle CH3-Gruppen befinden sich auf derselben Seite der Kohlenstoffkette bzw. weisen bei wendelförmiger Anordnung nach außen.

Bild: Schematische Darstellung eines isotaktischen PP-H

Polymere, bei denen die Reste abwechselnd nach vorne und nach hinten zeigen, werden syndiotaktisch bezeichnet:

b) Syndiotaktisches Polypropylen (weniger teilkristalline Struktur als bei isotaktischen Polypropylen)
Die CH3-Gruppen befinden sich in regelmäßiger Folge abwechselnd auf verschiedenen Seiten der Kohlenstoffkette.

Bild: Schematische Darstellung eines syndiotaktischen PP-H

Polymere, bei denen die Reste unregelmäßig angeordnet sind, d.h. zufällig mal vorne und mal hinten, werden ataktisch genannt:

c) Ataktisches Polypropylen (amorphe Struktur)
Die CH3-Gruppen folgen in ihrer räumlichen Lage zur Hauptkette keiner Regel.

Bild: Schematische Darstellung eines ataktischen PP-H

Je gleichmäßiger Moleküle aufgebaut sind, desto leichter bilden sie Kristalle, weil sie sich besser aneinanderlagern können (das ist dasselbe Prinzip wie bei Bauklötzen oder Legosteinen: je ähnlicher sie sind, desto dichter lassen sie sich packen, und desto gleichmäßiger ist die entstehende Ordnung).

Der Grad der Kristallinität wiederum steht in Zusammenhang mit den Eigenschaften eines Kunststoffes:

Je kristalliner ein Kunststoff ist, desto härter und spröder ist er, Formbeständigkeit und Schmelzpunkt bzw. Erweichungspunkt nehmen zu, weil aufgrund der gleichmäßigeren Anordnung der Moleküle zwischenmolekulare Kräfte besser wirken können. Bleiben wir beim Beispiel Polypropen:

Wie lassen sich die Monomere bei der Synthese so miteinander zu verbinden, dass ein isotaktischer oder ein syndiotaktischer Kunststoff entsteht?