Polymerisation
Die Polymerisation ist eine chemische Reaktion, bei der Monomere (meist ungesättigte organische Verbindungen) unter Einfluss von Katalysatoren und bei Auflösung der Mehrfachbindung zu Polymeren (Moleküle mit langen Ketten, bestehend aus miteinander verbundenen Monomeren) reagieren. Dabei unterscheidet man zwischen Homo-Polymerisation, bei der nur eine Monomerart umgesetzt wird, und Co-Polymerisation, bei der zwei oder mehr verschiedene Monomere zur Reaktion gebracht werden.
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2 Mechanismen |
1872 gelang dem Chemiker Adolf Ritter von Baeyer (1835 – 1917) erstmals die Polykondensation von Phenol und Formaldehyd zum so genannten Bakelit. Damit legte er die Grundlage für die heutige Polymerchemie.
Die Polymerisation ist immer eine Kettenreaktion egal nach welchem Reaktionsmechanismus sie abläuft. Es gibt verschiedene Mechanismen, die nach der Art des Starts der Kettenreaktion benannt sind (radikalische, anionische oder kationische Polymerisation) oder nach dem ihnen zu Grunde liegenden Prinzip (Polykondensation, Koordinationspolymerisation wie z.B. die ringöffnende Metathesepolymerisation).
Diese Art der Polymerisation erfolgt stufenweise, d.h. zwei unterschiedliche Monomere besitzen reaktive Gruppen an beiden Enden des Moleküls, die miteinander reagieren können. Damit ein Monomer an der Reaktion teilnehmen kann muss es mindestens zwei funktionelle Gruppen besitzen, die besonders reaktionsfähig sind (z.B. -OH, -COOH, -CO, ..). Dieser Vorgang erfolgt mehrmals hintereinander bis sich ein Makromolekül gebildet hat. Im Gegensatz zu den anderen Arten der Polymergewinnung (Polymerisation und Polyaddition), wird bei der Polykondensation ein oder mehrere Nebenprodukte frei. Diese Nebenprodukte (Wasser, Ammoniak, Alkohole, usw.) müssen kontinuierlich abgeführt werden und der Reaktionsumsatz muss mindestens 99% betragen um ein echtes Polymer hohen Molekulargewichts zu bekommen. Diamine reagieren mit Dicarbonsäuren auf diese Weise zu Polyamiden (z.B. Nylon) und Diole (Verbindungen mit zwei Alkoholgruppen) reagieren mit Carbonsäuren zu Polyestern (z.B. Polyethylenterephthalat, PET).Entdeckung
Mechanismen
Radikalische Polymerisation
Zum Kettenstart bricht ein Radikal die Mehrfachbindung auf und erzeugt ein wachstumsfähiges Primärradikal, an das sich nun in einer Wachstumsreaktion mit geringer Aktivierungsenergie ständig Monomere anlagern. Durch das zusammentreffen zweier Radikale wird ein Kettenabbruch hervorgerufen. Um die Reaktion gezielt zu stoppen werden spezielle Zusätze, so genannte Radikalfänger, zugegeben.
Kationische und Anionische Polymerisation
Hier greift, im Unterschied zur radikalischen Polymerisation, ein Kation bzw. Anion die Mehrfachbindung an, um den Kettenstart hervor zu rufen. Hier erfolgt der Kettenabbruch durch zusammentreffen von Kation und Anion.
Polykondensation