Polymerisation

Po|ly|me|ri|sa|ti|on 〈f. 20; Chem.〉 Zusammentritt von mehreren Molekülen eines Stoffes zu einer neuen Verbindung, deren Molekulargewicht ein ganzzahliges Vielfaches von dem des Ausgangsstoffes beträgt; Sy Polymerisierung

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Po|ly|me|ri|sa|ti|on [ poly- u. -merisation] mehrdeutiger Begriff, unter dem nach IUPAC-Regeln alle Prozesse zusammengefasst werden, durch die Monomere in Polymere umgewandelt werden. Demzufolge ist P. der Oberbegriff für Polyaddition, Polykondensation u. den im angloamer. Sprachgebrauch als Kettenpolymerisation (eigtl. Kettenreaktions-P.), früher auch als Kettenwachstums-P. u. Additions-P. (im Ggs. zur Polyaddition) bezeichneten Prozess, der schematisch durch Px + M → Px+1 (mit Px =Polymermolekül des Polymerisationsgrades x = 1, 2, 3, …n u. M = Monomermolekül) dargestellt werden kann. Diese Reaktionsfolge wird allerdings u. a. im dt. Sprachgebrauch von alters her Polymerisation genannt; als Oberbegriff bietet sich im Deutschen Polyreaktion an. Durch die so (enger) definierte P. werden Polyethylen u. a. Polyolefine, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyacrylnitril, Polyacrylate etc. hergestellt (Polymerisate). Für P. nach Px + M → Px+1 + L, bei denen niedermol. Nebenprodukte (L) entstehen, werden von IUPAC Bez. wie kondensierende oder kondensative Kettenpolymerisation, von anderer Seite Polyelimination empfohlen. P. im erweiterten Sinne ( Polyreaktionen) können je nach Reaktivität der Monomeren nach anionischen, kationischen, radikalischen oder koordinationschem. Mechanismen als Stufen- oder Kettenreaktionen ablaufen. Sie können als Homo- oder Copolymerisationen, Block- u. Pfropfpolymerisationen in Lsg. (Lösungs-P., Fällungs-P.), in Dispersionssystemen (Emulsions-P., Suspensions-P.) oder in Substanz (Masse-P., früher Block-P.) vorgenommen werden u. zu Homo- oder Copolymeren, insbes. Block- oder Pfropfcopolymeren, mit gewünschten Polymerisationsgraden u. Molmassen führen. – Ggs.: Depolymerisation.

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Po|ly|me|ri|sa|ti|on, die; -, -en (Chemie, Technik):
chemischer Vorgang, durch den ein Polymer entsteht; Herstellung eines Polymers.

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Polymerisation
 
die, -, Reaktion zur Synthese von Polymeren, bei der meist ungesättigte Monomere (z. B. Alkene, Acrylsäurederivate, Vinylverbindungen) an aktive Atomgruppen (Radikale, Ionen) angelagert werden. Die Polymerisation wird durch Energie (Wärme, Strahlung) und/oder Initiatoren eingeleitet und läuft als Kettenreaktion ab. Zum Start radikalischer Polymerisation dienen Initiatoren (Dibenzoylperoxid u. a.), die beim Erwärmen in Radikale (I · ) zerfallen, welche mit dem ungesättigten Monomer (z. B. Äthylen, CH2 = CH2) reagieren: CH2—CH2 + I · → I—CH2—CH2 ·. Die bei diesem Kettenstart gebildeten Radikale können in der Sekunde 2 000-20 000 Monomermoleküle nacheinander addieren (Kettenwachstum), z. B.
 
usw. Der Kettenabbruch kann durch Reaktion zweier Radikalketten, durch Reaktion mit einem Initiatorradikal, durch Disproportionierung (eine von zwei Ketten erhält eine Doppelbindung) oder meist gezielt durch »Regler« erfolgen. Durch Comonomere mit bestimmten Kohlenwasserstoffketten oder funktionellen Gruppen lassen sich der Polymerkette definierte Verzweigungen aufpfropfen, über die z. B. unterschiedlichen Phasen in Polymerblends (Kunststoffe) miteinander verknüpft werden können. Polymerisationen lassen sich auch durch Ionen (z. B. aus Bortrifluorid oder Aluminiumchlorid gebildet) starten oder durch Metallverbindungen katalysieren (Ziegler-Natta-Katalysatoren). Die ringöffnende Polymerisation wird durch hydrolytische Spaltung von Molekülringen eingeleitet (z. B. bei Caprolactam; Polyamide). Die Produkte der Polymerisation werden Polymerisate genannt.
 
Technisch werden Polymerisationsreaktionen diskontinuierlich oder kontinuierlich meist in Rührkesseln oder Turmreaktoren durchgeführt. Bei der Substanzpolymerisation (früher Blockpolymerisation) wird ohne Verdünnungsmittel gearbeitet (z. B. bei Polystyrol, Hochdruckpolyäthylen). Das entstehende Polymer löst sich im Monomer, sodass sich die Viskosität des Reaktionsgemisches mit fortschreitender Polymerisation stark erhöht. Das erschwert u. a. die Abführung der bei der Polymerisation auftretenden Reaktionswärme (z. B. durch Kühlmäntel oder Kühlschlangen). Bei der Lösungspolymerisation wird mit einem Lösungsmittel gearbeitet (z. B. Äthylbenzol bei Polystyrol, Wasser bei Polyacrylsäure). Durch Verdampfung des Lösungsmittels und Rückführung des Kondensats (Rückflusskühlung) kann die Reaktionswärme abgeführt werden. Bei der Fällungspolymerisation ist das Polymer im Monomer (oder in einem Lösungsmittel) unlöslich (z. B. bei Niederdruckpolyäthylen), sodass es in fester Form ausfällt. Bei der Suspensionspolymerisation wird das Monomer durch Rühren und unter Verwendung von Dispergatoren (Schutzkolloide wie Alginate, Carboxymethylcellulose u. a. oder pulverförmige Stoffe wie Bariumsulfat, Talkum u. a.) in Wasser emulgiert. Ist das Polymer im Monomer löslich, wandeln sich die Emulsionstropfen mit fortschreitender Polymerisation in feste Kügelchen um (Perlpolymerisation z. B. bei Polyvinylchlorid). Im Monomer unlösliche Polymere fallen als Pulver aus. Bei der Emulsionspolymerisation wird das Monomer in Gegenwart eines Emulgators und eines wasserlöslichen Initiators zu sehr feinen Tröpfchen (50-300 nm) in Wasser emulgiert. Das Polymer (z. B. Styrol-Butadien-Kautschuk) fällt in diesem Fall als fein verteilte Dispersion (synthetischer Latex) an. - Zur stereospezifischen Polymerisation Polypropylen.

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Po|ly|me|ri|sa|ti|on, die; -, -en (Chemie, Technik): chemischer Vorgang, durch den ein Polymer entsteht; Herstellung eines Polymers.

Universal-Lexikon. 2012.

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