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Werkstofftechnik 2

Polymerisation

Die Polymerisation ist eine besondere Form der Polyreaktion, bei der Monomere mit reaktionfähigen Doppelbindungen reagieren. Hierbei herrschen besonders Ringverbindungen und C-Doppelverbindungen vor.

Um eine instabile C-Doppelbindung in eine stabilere Einfachbindung umzubauen, erfolgt eine exotherme Polymerisation. Hier gilt jedoch zu beachten, dass es in Folge einer zügigen Kettenreaktion zu einer sehr hohen Reaktionstemperatur kommen kann und sich daraus Polymere mit sehr niedrigem Polymerisationsgrad bilden. Aus diesem Grund sollten Polymerisationen in Substanz nur dann durchgeführt werden, wenn sie ausreichend langsam erfolgen. Eine Polymerisation in Lösung hat diese Schwierigkeit nicht und wird daher vorzugsweise eingesetzt. 

Chemische Reaktionen innerhalb der Polymerisation

Jede Art von Polymerisation hat einen groben Ablauf gemein :

  1. Katalysator startet Polymerisation
  2. Katalysator öffnet C-Doppelbindung eines Monomers
  3. Zusammenwachsen der Monomere zu einem Polymer
  4. Abschluss der Kettenreaktion nach Verbrauch aller Monomere

Möchte man die Polymerisation allein nach den Reaktionen unterteilen so erhält man:

  1. Startreaktion
  2. Wachstumsreaktion [Kettenwachstum]
  3. Abbruchreaktion [Kettenabbruch]

Im Gesamten Prozess wachsen die Monomere [M] zu Polymeren mit einem Polymerisationsgrad n

Beispiel einer Polymerisation

Beispiel

Polymerisation einer Vinylverbindung 

$ n \cdot CH_2 = CH \rightarrow \text{Aktivierung} \rightarrow n \cdot -CH_2 - CH - \rightarrow \text{Wachstum} \rightarrow -(CH_2 - CH -)_n $

$ n \cdot CH_2 = CH $ = Monomer (inaktiv)

$ n \cdot -CH_2 - CH -$ = Monomer (aktiv)

$ -(CH_2 - CH -)_n $ = Polymer

Zum Ende der Polymerisation finden an den aktiven Kettenenden Abbruchreaktionen statt, welche die Molekülkette abschließen. Man nennt diese Endbereiche auch Endgruppen [E].  

$n \cdot M \rightarrow $ wachsen $\rightarrow -(M)-_n \rightarrow $ Abbruch $\rightarrow E_1 -(M)-_n E_2 $

Wichtig

In den nachfolgenden Kurstexten werden die drei hauptsächlichen Polymerisationtypen vorgestellt: 
  • Radikalische Polymerisation mit radikalisierenden Initiatoren,
  • Ionische Polymerisation mit ionischen Initiatoren,
  • Katalytisch-koordinative Polymerisation mit katalytisch-koordinativen Initiatoren.