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Werkstofftechnik 2 - Radikale Polymerisation

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Werkstofftechnik 2

Radikale Polymerisation

Bei der radikalen Polymerisation erfolgt die Einleitung der Startreaktion durch ein katalytisch, thermisch oder photochemisch gebildetes Radikal eines Initiators $ I_r $ [Polymerisationsanreger]. An das Radikal lagern sich aktivierte Monomerenmoleküle. Letztere werden infolgedessen selber zu Radikalen. 

Bei diesem Vorgang geht das besonders reaktive Radikal eine Verbindung mit dem Monomer ein und lösst dessen C-Doppelbildung auf. Bei dieser Auflösung verbleibt nur ein einzelnes Elektron, von ehemals zwei Elektronen (Elektronenpaar), in der neuen Verbindung bestehen. Es ist dadurch ein neues Radikal entstanden, das über die gleiche Reaktivität wie das Startradikal verfügt. Nun kann sich ein neues Monomer anbinden und der Vorgang beginnt von neuem. Daher spricht man in diesem Zusammenhang auch von einer Kettenreaktion, weil die Reaktion erst mit dem Aufbrauch der Monomere endet. 

Anschauungsbeispiel

Beispiel

Reaktion einer instabilen OO-Bindung eines Peroxids (Radikalbildner)

$ R-O-O-R \rightarrow R-O' + 'O-R $ 

Der Abbruch der Kette erfolgt durch die Rückbildung des Initiators

$\ I_r' + M \rightarrow I_r  - M' + M \rightarrow I_r - M_2' + M \rightarrow I_r - M_3' + M \rightarrow .... \rightarrow I_r - M_n' $

$ I_r' $ = Startradikal 

$ M' $ = Monomer (radikalisiert)

$ I_r - M_n' $ = Makroradikal (ataktisches)

Typische Anwendungsfälle findet man bei:

Ethylen, Methacrylsäureester, Butadien, Acrylsäureester, u. a. 

Radikale Polymerisation bei Zimmertemperatur

Hierbei muss der Zerfall der Initiatoren zu Radikalen durch Senkung der zur Spaltung notwendigen Aktivierungsenergie erleichtert werden. Um ein derartiges Szenario zu erzeugen greift man auf Beschleuniger zurück. Diese sind Salze von Übergangsmetallen. Alternativ kann man auch Inhibitoren einsetzten. Diese bergen jedoch die Gefahr, dass die radikale Polymerisation zum Abbruch kommt, da sich die Inhibitormoleküle an die Radikale anbinden und diese somit reaktionsunwirksam machen. 

Merke

Neben Homopolymeren lassen sich auch Copolymere aus einer Mischung zweier Monomerearten radikal polymerisieren.