Polymerisation

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Die Polymerisation ist eine Sonderform der Additionsreaktion. Ausgangsstoffe sind ungesättigte Monomere, also Monomere mit Doppelbindungen. Doppelbindungen stellen Reaktionszentren dar, da hier eine hohe Elektronendichte herrscht. Die Reaktion verläuft als Kettenreaktion (Wachstumsreaktion) und wird durch Radikale und Ionen ausgelöst (Initiatoren). Die Reaktionsprodukte werden allgemein als Polymerisate bezeichnet.

Bei der Polymerisation bilden sich meistens lineare oder wenig verzweigte Makromoleküle aus. Es sind thermoplastische Kunststoffe.

 

Vereinfachtes Reaktionsschema einer Polymerisation

polymerisation-schema

Beispiel: Radikalische Polymerisation von Propen zu Polypropen (PP)

bsp1-polymerisation

 

list starReaktionsmechanismus am Beispiel der radikalischen Polymerisation von Ethen zu Polyethen

Der folgende Reaktionsmechanismus liegt dem von Karl Ziegler erfundenen Verfahren zur Herstellung des harten PE-HD bei niedrigem Druck zugrunde, wofür er 1963 den Nobelpreis für Chemie erhalten hat.

Radikalbildung

RO-OR → 2 RO·

Zum Beispiel aus Benzoylperoxid:

benzoylperoxid

Startreaktion (Initiation)

RO· + CH2=CH2 →  ROCH2-CH2·

Kettenwachstum

ROCH2CH2· + CH2=CH2 → ROCH2CH2CH2CH2·

ROCH2CH2CH2CH2· + CH2=CH2 (n-1) →  RO-(CH2CH2)n-CH2CH2·

Kettenabbruch

2 RO-(CH2CH2)n-CH2CH2·  → RO-(CH2CH2) 2n+2-OR

2 RO-(CH2CH2)n-CH2CH2·  → RO-(CH2CH2)n-CH2CH3 + RO-(CH2CH2)n-CH=CH2

[Quelle nach: Organische Chemie, Vollhardt, 200, S. 535]

Wird die Polymerisation bei wesentlich höherem Druck durchgeführt, treten starke Kettenverzweigungen auf: Wasserstoff-Atome werden bei dem hohen Druck abgerissen. Dadurch entstehen neue radikalische Zentren, von welchen die Ketten ebenfalls weiter wachsen können. Es entsteht das weichere PE-LD. Das verwundert, da man ja bei einer starken Verzweigung eher an einen Duroplast denkt.

Woran liegt das?

 Benutzergruppe1-Lehrer

 

Wichtige Polymerisate

PE (Polyethen, Polyethylen) (Thermoplast)

PP (Polypropen, Polypropylen) (Thermoplast)

PVC (Polyvinylchlorid) (Thermoplast)

PS (Polystyrol) (Thermoplast)

PMMA (Plexiglas) (Thermoplast)

PTFE (Teflon) (Thermoplast)