Polymerisationsreaktionen

Polymerisationsreaktionen sind chemische Prozesse, bei denen aus Monomeren durch wiederholte Kopplung langer Molekülketten Polymere entstehen. Sie bilden die Grundlage vieler Kunststoffe, Gummis und Harze.

Man unterscheidet wesentlich zwei Grundtypen: Additionspolymerisation (Kettenpolymerisation) und Kondensationspolymerisation (Stufenwachstums-Polymerisation).

Additionspolymerisation: Monomere mit ungesättigten Bindungen, wie Alkenen, verknüpfen sich durch wiederholte Reaktionsschritte einer Initiierung, Propagation und Terminierung zu Polymeren. Initiatoren können freie Radikale, Ionen oder Metallkomplexe sein. Es gibt auch koordinations- und anorganische Polymerisationen; kontrollierte/living-Ansätze ermöglichen enge Molekulargewichtsverteilungen (RAFT, ATRP, NMP).

Kondensationspolymerisation: Monomere mit zwei oder mehr reaktiven Gruppen verbinden sich unter Abspaltung kleiner Moleküle (z. B. Wasser, Methanol). Typische Produkte sind Polyamide, Polyester und Polyurethane; das Kettenwachstum erfolgt stufenweise, die Molmassenentwicklung hängt stark vom Reaktionsgrad ab.

Kinetik und Eigenschaften: Bei Kettenpolymerisation greifen Initiierung, Propagation und Terminierung das Reaktionstempo entscheidend vor. In der Stufenpolymerisation gilt die Carothers-Gleichung Xn = 1/(1-p) für ideale Systeme; die mittlere Molmasse steigt mit dem Reaktionsgrad und der Monomerfunktionalität. Die Polydispersität ergibt sich aus den Reaktionswegen.

Anwendungen und Umwelt: Polymerisationsreaktionen liefern Kunststoffe, Gummi, Fasern und Harze. Moderne Katalyse ermöglicht kontrollierte Polymerisation, größere Vielfalt und bessere Eigenschaften; gleichzeitig spielen Wärmeentwicklung, Lösungsmittelbedarf und Recycling eine Rolle.