Polymerisaatiomekanismi

Polymerisaatiomekanismi kuvaa, miten pienemmät monomeerit liittyvät toisiinsa ja muodostavat pitkiä polymerimolekyylejä. Mekanismeja voidaan yleisesti jakaa kahteen pääkategoriaan: ketjuun kasvavaan polymerisaatioon (chain-growth) ja vaihekasvuun perustuvaan polymerisaatioon (step-growth). Eri mekanismit vaikuttavat siihen, millaiset polymeerit syntyvät, sekä molekyylipainojen jakaumaan ja rakenteeseen.

Ketjuun kasvavat polymerisaatiot etenevät kolmessa vaiheessa: initiaatio, propagaatio ja lopetus. Initiaatiossa syntyy reaktiivinen aloituspiste (esim. radikaali tai ioninen aktivaatio). Propagaatiossa samaa ketjua pidentäen lisätään uusia monomeereja jatkuvasti. Lopetuksessa aktiivinen pää lakkaa reagoimasta. Ketjuun kasvavat polymerisaatiot voivat olla radikaali-, kationinen/anioninen tai koordinaatio-pohjaisia. Esimerkkejä ovat radikaalipolymerointi eteenpäin polyeteenille ja polystyreenille. Living tai kontrolloidut polymerisaatiot, kuten ATRP ja RAFT, mahdollistavat ketjujen hallitun kasvun ja kapean molekyylipainojakauman.

Vaihekasvuiset polymerisaatiot tapahtuvat monomeerien reagoidessa toisiinsa useammasta funktionaalisesta ryhmästä, usein kondensaatioreaktioissa, jolloin sivutuotteita kuten vesi tai metanoli poistuu. Näin muodostuvat polyesterit, polyamidit ja polyuretaanien kaltaiset polymerit. Reaktioissa tärkeää on funktionaliteetti ja stoikiometria, jotka määrittävät lopullisen rakenteen ja ominaisuudet.

Muita tärkeitä mekanismeja ovat rengasavauksessa (ring-opening) tapahtuva polymerisaatio (ROP) sekä koordinaatio- ja metallo-koordinaatiopolymerisaatiot, joita käytetään erityisesti tietyissä katalyyttijärjestelmissä. Ymmärrys näistä mekanismeista auttaa suunnittelemaan haluttuja polymeerisiä ominaisuuksia ja käyttötarkoituksia.