Radikalische Polymerisation

Es gibt verschiedene Wege aus Monomeren (Einzelbausteinen) lange, polymere Ketten herzustellen. Ein Weg dazu ist die radikalische Polymerisation.

Die radikalische Polymerisation eignet sich immer dann besonders, wenn das Polymer aus nur einem einzigen Monomerbaustein aufgebaut ist. Um möglichst einheitliche Produkte zu gewinnen, nutzt man meist Monomere, die an einer vordefinierten Stelle reagieren werden. Ein gutes und oft angewandtes Beispiel dafür sind Moleküle mit Doppelbindungen, wie z.B. das Ethen.

Wie auch bei der radikalischen Substitution muss man in aller Regel erst einmal dafür sorgen, dass sich im Reaktionsgemisch überhaupt nennenswerte Mengen an Radikalen befinden. Hierfür verwendet man spezielle Stoffe, sogenannte Radikalstarter. Solche Radikalstarter sind Stoffe, die sich mit relativ geringem Aufwand, etwa durch moderates Erwärmen oder durch Licht in Radikale spalten lassen. Ein prominentes Beispiel solcher Stoffe ist etwa das Dibenzoylperoxid. Es reagiert an Licht zu Benzoylradikalen, die unter Abgabe von Kohlenstoffdioxid zu Phenylradikalen weiterreagieren [Bild 1] .

Sind diese Initiatorradikale (I) ersteinmal entstanden, können sie die Monomereinheiten (hier beispielsweise Ethen) an der elektronenreichen Doppelbindung angreifen und eine kovalente Bindung zur Monomereinheit ausbilden. Dabei entsteht wiederum ein Radikal an dem C-Atom der Doppelbindung, an dem der Initiator nicht angefriffen hat.

Das so entstandene Radikal kann nun seinerseits eine Monomereinheit angreifen, wobei die Kette um eine Einheit verlängert wird.

Das Resultat dieser Reaktion ist der weit verbreitete Werkstoff Polyethylen (PE), aus dem eine Vielzahl Verpackungen, Rohre oder Folien hergestellt werden [Bild 2] .

An den Enden der so entstehenden Ketten befinden sich nun noch teilweise die gebundenen Starterradikale. Betrachtet man aber die Länge der Ketten, die mehrere 10000 Monomereinheiten enthalten kann, so kann man diese relativ kleinen "Störungen" durchaus vernachlässigen.

Eine so - aus olefinischen Monomeren - durchgeführte radikalische Polymerisation ist im Grunde ein Spezialfall einer radikalischen Addition, bei der einmal eine Polymerkete, und einmal eine Monomereinheit an das Olefin addiert werden.

Wie auch bei der radikalischen Substitution wird das Wachstum der Kette gestoppt, wenn zwei Radikale aufeinander treffen und so ein gesättigtes Molekül entsteht. Die Kettenlänge der Polymere hängt dabei - neben anderen Faktoren - von der Konzentration des Initiators ab. Je mehr Radikalbildner den Monomeren hinzugegeben werden, desto schneller verläuft die Reaktion. Jedoch liegen zur gleichen Zeit mehr Radikale nebeneinander vor, die miteinander kombinieren können. Dies geschieht folglich häufiger, es bilden sich dabei kürzere Ketten.

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