Polymeroitumisprosessit

Polymeroitumisprosessit ovat kemiallisia reaktioita, joissa pienet monomeerit liittyvät toisiinsa muodostaen pitkiä polymeeriketjuja. Prosessit jaetaan yleisesti kahteen pääkategoriaan: ketjuuntuvaan (chain-growth) polymeroitumiseen ja vaiheittaiseen (step-growth) polymeroitumiseen. Ketjuuntuvassa polymeroitumisessa monomeerit liittyvät toisiinsa ketjumaisesti aktiivisen keskuksen kautta, kun taas vaiheittaisessa polymeroitumisessa suurin osa molekyyleistä reagoi useiden vaiheiden kautta ennen pitkän ketjun muodostumista.

Ketjuuntuvassa polymeroitumisessa monomeerit liittyvät toistuvasti propagointivaiheessa, ja polymeroituminen etenee terminationiin asti. Reaktiot voivat olla radikaali-, kationi- tai anionipohjaisia. Yleisimmät järjestelmät ovat bulk-, liuotepohjainen-, suspensio- ja emulsiopolymerointi. Prosessi tuottaa suuria molekyylipainoja ja usein laajan polydispersiteetin; ristikytkentä voi tapahtua, jolloin syntyy verkostorakenteita.

Vaiheittaisessa polymeroitumisessa monomeerit reagoivat toistuvasti vaiheittain muodostaen ensin oligomeerejä ja vasta myöhemmin pidempiä polymeeriketjuja. Tämä mekanismi kattaa kondensaatiopohjaiset ja polyadditiopohjaiset reaktiot, kuten polyesterien, polyamidiensa ja polyuretaanien muodostumisen. Funktionaalisuus (monomeerien määrällinen määrä) ja reaktiivisuus ohjaavat lopullista rakennetta; kondensaatioprosessit voivat tuottaa sivuaineita kuten veden poistoa.

Elävä tai kontrolloitu polymeroituminen tarkoittaa menetelmiä, joissa ketjuuntuminen voidaan pitää hallinnassa eikä lopetuksia synny sattumanvaraisesti. Tämä mahdollistaa tarkan molekyylipainon ja end-groupin kontrollin sekä monimutkaisten rakenteiden, kuten blokkipolymeerien, valmistamisen. Tällaisia menetelmiä ovat käänteisesti deaktivoituvien radikaalipolymeroitumismenetelmien (RDRP) periaatteisiin perustuvat ATRP, RAFT ja NMP. Näillä tekniikoilla dispersiteetti pienenee ja rakennettavien rakenne-erien hallinta paranee.

Stereokemia ja tacticity vaikuttavat polymeerien ominaisuuksiin. Isotaktinen, syndiotaktinen ja ataktinen järjestys määrittelee säännöllisyyden ja kiteytymisen sekä vaikuttaa lämpötilakäyttäytymiseen ja mekaanisiin ominaisuuksiin. Polymeroinnin olosuhteet ja monomeerien rakenne määräävät lopullisen tuloksen ja sovellukset, kuten pakkaukset, muovit, kuidut ja komposiitit.