Ketjopolimerisaation

Ketjopolimerisaation tarkoitetaan polymerointiprosessia, jossa polymeeriketjut kasvavat lisäämällä toistuvia monomeeriyksiköitä aktiiviseen keskukseen. Tämä mekanismi eroaa vaiheittaisesta polymerisaatiosta (step-growth) siinä, että suurin osa kappaleista rakentuu suurelta osin yksittäisten monomeerien additioista samaan kiertoon.

Ketjopolimerisaatio voidaan jakaa useisiin mekanismeihin. Yleisimpiä ovat vapaaradikaali-, ioninen (kat- ja anioninen) sekä koordinatiivinen polymerisaatio. Vapaaradikaali-ketjopolimerisaatiossa monomeerit lisätään kasvavaan ketjuun radikaalimmisen keskuksen kautta, joka syntyy esimerkiksi lämpötilan tai valon vaikutuksesta hajottamalla iniovaattorin. Ionisessa polymerisaatiossa reagointiin osallistuvat kationiset tai anioniset keskukset sekä sopivat katalyytit; tämä yleensä vaatii hyvin puhtaita olosuhteita. Koordinatiivinen polymerisaatio, johon kuuluu Ziegler–Natta- ja metallocene-katalyytit, mahdollistaa isotaktisten tai syntaktisten polyolefiinien kaltaisten polymeerien valmistuksen.

Prosessin päävaiheet ovat aloitus, propagaatio ja lopettaminen, sekä mahdollinen ketjun siirto. Aloitus tuottaa aktiivisen keskuksen (radikaali tai ioni), joka käynnistää monomeerien liittymisen. Propagaatio tarkoittaa monomeerin systemaattista lisäystä kasvavaan ketjuun, kunnes lopetusmekanismi tai ketjun siirto pysäyttää kasvun. Ketjun siirto voi tapahtua ehjän molekyylin copynsi tai reaktiosta riippuvia siirtoja, ja se vaikuttaa polymerin keskimääräiseen pituuteen ja ominaisuuksiin.

Yleisiä monomeerejä ovat eteenit (ethylene), propeeni, styreeni ja vinyylikloridi, joista syntyvät teollisuudessa keskeiset polymeerit kuten polyeteeni, polypropylene, polystyreeni ja polyvinyylikloridi. Koordinatiivinen ja living-tyyppinen ketjopolimerisaatio (esim. RAFT, ATRP) tarjoavat paremman kontrollin molekyylipainojen ja tukikohdan ominaisuuksien suhteen.

Ketjopolimerisaation valinta ja olosuhteet vaikuttavat merkittävästi lopullisen polymeerimateriaalin ominaisuuksiin, kuten molekyylipainojen jakaumaan, syrjäämiseen ja mekaanisiin ominaisuuksiin. Siksi kontrollointi ja puhtaus ovat tärkeitä käytännön tekijöitä.