Ketjupolymerisaatio

Ketjupolymerisaatio on polymerisaatiomekanismi, jossa polymeeriketjut kasvavat pääasiassa lisäämällä toisiaan seuraavia monomeeriyksiköitä aktiiviselle keskukselle kasvavassa ketjussa. Tämän mekanismin piirissä monomeerit liittyvät toisiinsa yksi kerrallaan muodostaen pitkän polymeriketjun. Ketjupolymerisaation keskeisiä piirteitä ovat nopea ketjun pituuden kasvu, monomeerien huomattava kertymä ja mahdollisuus kontrolloituun tai jopa elävään polymerisaatioon tietyissä tapauksissa.

Ketjupolymerisaation päävaiheet ovat aloittaminen, jatkaminen (propagointi) sekä päättäminen. Aloittamisessa muodostuu aktiivinen keskus, joka kykenee lisäämään monomeerejä ketjuun. Jatkamisvaiheessa ketju kasvaa toistuvasti lisäämällä uusia monomeerejä. Päättämisellä tai ketjunsiirrolla lopullinen ketju poistuu aktiivisuudestaan tai muodostuu sivuketjuja. Ketjut voivat olla epäpyhitettyjä rajoitteita, ja joissakin järjestelmissä tapahtuu ketjunsiirto, joka muuttaa keskusta tai lopettaa kasvu hallitsemattomasti.

Erilaisia ketjupolymerisaatioita ovat vapaaradikaalinen (free-radical) polymerisaatio, kationinen ja anioninen polymerisaatio sekä koordinaatio- (metallkatalyyttinen) polymerisaatio. Vapaaradikaalinen on yleinen ja joustava monomeerien osalta, mutta kontrollin ja lopullisen molekyylipainon hallinta voivat olla haasteellisia. Kationinen ja anioninen polymerisaatio soveltuvat erityisesti erikoismoniteille ja tarjoavat paremmin kontrolloitua kasvua tietyissä olosuhteissa. Koordinaatiopolimerisaatio, usein Ziegler–Natta- tai metallocene-katalyyttien avulla, mahdollistaa korkean polymeroinnin tehokkaasti ja joissain tapauksissa elävän polymerisaation, jolloin voidaan valmistaa monomeeri- ja blokkipolymeereja.

Ketjupolymerisaatio eroaa usein vaihepolimerisaatiosta siinä, että tässä kasvua ohjaa aktiivinen keskus, kun taas vaihepolimerisaatiossa reaktiot tapahtuvat ilman pysyvää keskusta. Käytännön sovelluksia ovat polyeteenien ja muiden vinylmonomeerien tuotanto sekä useiden muovien kuten polystyreenin ja PMMA:n valmistus.