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Polymerisation

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Polymerisation

Du begegnest Kunststoffen ständig in deinem Alltag. Hast du dich schon mal gefragt, woher die Kunststoffe kommen? Sie sind keine Stoffe, die in der Natur zu finden sind. Wie ihr Name verrät, werden sie künstlich hergestellt, dafür gibt es verschiedene Methoden.
Die Polymerisation ist ein wichtiges Verfahren zur Synthese von Kunststoffen. Ziel ist es, die Monomere als Grundbausteine zu verwenden, um sie zu langen Ketten, den Makromolekülen zu verknüpfen. Ein Monomer muss mindestens eine Kohlenstoffdoppelbindung besitzen, damit eine Synthese möglich ist. Zu Beginn der Polymerisation ist eine Aufspaltung der Doppelbindung nötig, die auf verschiedene Art und Weise erfolgen kann. Man unterscheidet zwischen radikalischer, anionischer und kationischer Polymerisation. Sie ist eine Kettenreaktion, die durch Kettenstart, Kettenwachstum und Kettenabbruch gekennzeichnet ist.

Radikalische Polymerisation

Der Kettenstart wird in dieser Reaktion von einem Radikal ausgelöst. Das Radikal wird als solches bezeichnet, da es ein freies Elektron hat und in diesem Fall die Doppelbindung des Monomers angreift. Du kannst sehen, dass sich dadurch ein neues Radikal aus dem Monomer (hier Ethen) bildet (siehe Abb. 1).
Kunststoffe: Polymerisation
Abb. 1: Kettenanfang
Kunststoffe: Polymerisation
Abb. 1: Kettenanfang
Das gebildete Radikal greift weitere Monomere an, die sich immer weiter zu einer Kette zusammenlagern und weiter als Polymerradikal auftreten, bis es zu einem Kettenabbruch kommt.
Kunststoffe: Polymerisation
Abb. 2: Kettenwachstum
Kunststoffe: Polymerisation
Abb. 2: Kettenwachstum
Der Kettenabbruch erfolgt, wenn das Polymerradikal nicht mit einem weiteren Monomer, sondern mit einem zweiten Radikal reagiert. Die beide freien Elektronen gehen eine Bindung ein und die Polymerisation endet.
Kunststoffe: Polymerisation
Abb. 3: Kettenabbruch
Kunststoffe: Polymerisation
Abb. 3: Kettenabbruch

Anionische Polymerisation

Für den Anfang der Kettenreaktion eignet sich eine starke Base. Sie reagiert mit einer Kohlenstoffdoppelbindung des Monomers zu einem negativ geladenen Anion. Das Kettenwachstum findet statt, weil das gebildete Anion mit weiteren Monomeren reagiert und somit weiter wächst. Ein Abbruch der Reaktion kann durch die Zugabe von einer Säure, Wasser oder einem Kation erzielt werden.

Kationische Polymerisation

Die Reaktion wird durch Säure in Gang gesetzt, da sie positiv geladene Wasserstoffionen (Kationen) bildet. Dieses greift die Doppelbindung des Monomers an und bildet somit ein weiteres Kation. Um den Kettenabbruch zu erzielen wird ein Proton abgespalten.

Überblick der Monomere

Zur Polymerisation benötigt man Monomere, die mindestens eine Doppelbindung haben. Das einfachste Beispiel ist Ethen ($\text{C}_{2}\text{H}_4$) mit einer Kohlenstoffdoppelbindung und vier Wasserstoffatomen. Anstelle eines Wasserstoffatoms können andere Reste angelagert sein. Somit ergeben sich bei der Kettenreaktion andere Kunststoffe. Du kannst dir einen Überblick über verschiedene Monomere und daraus gebildete Polymere in folgendem Bild verschaffen.
Kunststoffe: Polymerisation
Abb. 4: Überblick über die Monomere
Kunststoffe: Polymerisation
Abb. 4: Überblick über die Monomere
Bildnachweise [nach oben]
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