Askelpolymeroitumisessa

Askelpolymeroituminen, eli step-growth polymerization, on polymerointimuoto, jossa polymeeriketju kasvaa vaiheittain reagoivien monomereiden välillä. Jokainen reaktio voi yhdistää kaksi molekyyliä tai useampaa, ja pitkä ketju muodostuu suurissa konversioissa. Prosessi jaetaan kondensaatiopolmerointiin, jossa sivutuotteita kuten vesi tai muu pieni molekyyli syntyy, sekä polyadditioon, jossa sivutuotteita ei muodostu.

Käytännössä askeleiden välinen reaktio etenee, kun funktionaalisuuksien kuten OH, COOH tai NH2 ryhmät reagoivat toistuvasti muodostaen kovalenttisia sidoksia. Kun monomereilla on useampi kuin kaksi funktionaalisuutta, verkostoituminen voi tapahtua ja syntyä sekä lineaarisia että verkostoituneita polymeereja. Difunktionaaliset monomerit johtavat tavallisesti lineaarisiin polymeereihin, kun taas suurempi funktionalisuus voi johtaa rakenteelliseen verkostoitumiseen ja termosetteihin.

Kinetiikassa käytetään usein Carothersin yhtälöä Xn = 1/(1-p) ideaalissa difunktionaalisessa järjestelmässä; Xn on keskimääräinen molekyylipainon tai toisaalta keskimääräinen polymeroituneen ketjun pituus, ja p on reaktion konversio. Korkeaan molekyylipainoon päästään suurimmalla konversiolla, jolloin molekyylipainojakauma laajenee. Reaktio vaatii tarkkaa stoikiometrian hallintaa ja sivutuotteiden poistoa sekä/tai kontrolloitua reagenssien lisäämistä.

Esimerkkejä askelepolymeroitumisesta ovat polyesterit ja polyamidit kondensaatioprosesseissa, polyurethinat diisokyanattien ja diolien reaktiosta sekä polykarbonaatit ja polyureat. Käytännön sovelluksia ovat muovit, kuidut, liimat ja pinnoitteet; toimintakyvyn ja lämpöominaisuuksien hallinta riippuu monomeerien valinnasta ja verkoston rakenteesta.