Radikalische Polymerisation

Bei einer radikalischen Polymerisation wird einmalig die Aktivierungsenergie aufgebracht, um den Zerfall des Initiators zu ermöglichen. Anschließend erfolgt die Polymerisation des Monomers ohne einen weiteren Energieaufwand.

Erklärung

Betrachtet werden, kann die radikalische Polymerisation wie das Aufstellen von Dominosteinen, hier wird auch nur einmal ein Anstoßen des ersten Steins benötigt, danach läuft die Reaktion von alleine ab.

Für eine radikalische Polymerisation eignet sich jedes Monomer, welches eine Doppelbindung hat.

Die radikalische Polymerisation kann ich 4 Schritte aufgeteilt werden:

1. Zerfallsreaktion

2. Startreaktion

3. Wachstumsreaktion

4. Abbruchreaktionen

Zerfallsreaktion

Hierbei zerfällt der Initiator in zwei Radikale die anschließend den Start der Reaktion bewirken.

Initiatoren können zerfallen durch:

• Hitze (thermisch)
• UV-Licht (photolytisch)

Bei dem gebildeten Radikal wurde die kovalente Bindung genau in der Mitte gespalten.

Das Radikal kann nun weitere Moleküle elektrophil angreifen.

Startreaktion

Bei der Startreaktion reagiert das Radikal mit einem Monomer (M) und überträgt das ungepaarte Elektron mit einem elektrophilen Angriff auf das Monomer und geht dabei eine kovalente Bindung ein.

Wachstumsreaktion

Bei der Wachstumsreaktion wiederholt sich der oben gezeigte Schritt mehrere hundert bis tausend Male, wodurch sehr lange Ketten entstehen.

Da jedoch keine genaue Anzahl der in der Reaktion beteiligten Monomere bekannt ist, werden diese mit n Monomere (n-mal) abgekürzt.

Abbruchreaktionen

Die Polymerisation kann anschließend abgebrochen werden durch:

• Disproportionierung (Übertragung eines Wasserstoffs)
• Rekombination (kovalente Bindung zwischen zwei Radikalen)
• Reaktion mit dem Initiator selbst(sehr selten)

Die Abbruchreaktionen werden in dem Beispiel genauer dargestellt.

Beispiel

In dem nachfolgenden Beispiel polymierisert das Monomer Styrol mit dem Initiator AIBN (Azobisisobutyronitril).

Zerfallsreaktion

Zunächst wird die Temperatur erhöht, wodurch ein Zerfall des Initiators AIBN in zwei Radikale bewirkt wird.

Startreaktion

Nun erfolgt ein elektrophiler Angriff des gebildeten Radikals an das Monomer Styrol.

Wachstumsreaktion

Das neu gebildete Radikal greift nun weitere Monomere an, wodurch sich infolge einer Kettenreaktion eine Kette aus Monomeren (Polymer) mit n Gliedern bildet.

Abbruchreaktionen

Die Abbruchreaktionen können unterteilt werden in:

Disproportionierung (Übertragung eines Wasserstoffs)

Rekombination (Knüpfung einer Bindung zwischen zwei Radikalen)

Reaktion mit dem Initiator selbst (sehr selten!)