Polymerisation

Polymerisation - auch Polyreaktion genannt, ist eine Synthesereaktion. Eine Synthese ist ein Vorgang, bei dem aus Elementen ein neuer Stoff hergestellt wird.

Polymerisation ist lediglich ein Oberbegriff von diesen Synthesereaktionen, bei denen Monomere in Polymere umgewandelt werden. Monomere beschreibt dabei einen natürlichen Kunststoff, wohingegen Polymere die synthetisch hergestellte Form von Kunststoff ist. Eben genau das, was du zum Beispiel in Form von Verpackungen im Supermarkt vorfinden kannst.

Kettenpolymerisation

Insgesamt gibt es zwei Möglichkeiten der Polymerisationsreaktion: unter anderem zählt die Kettenpolymerisation dazu. Bei diesem Vorgang gilt: durch das Auslösen einer Startreaktion, hängen sich die Monomere immer weiter an die größer werdenden Polymere an.

Die Kettenpolymerisation lässt sich ebenfalls in mehrere Untergruppen einteilen:

Eine davon, ist die Radikalische Polymerisation. Diese wird durch eine Startreaktion ausgelöst, indem so lange Wärme zugeführt wird, bis die Polymerisation beginnt. Danach geht die Reaktion in die Wachstumsreaktion über: in dieser Phase beginnt die makromolekulare Kette in Form einer Kettenreaktion immer weiter zu wachsen. Anschließend geht die zweite Phase in die sogenannte Abbruchreaktion über: in diesem Schritt wird die Wachstumsreaktion beendet, ausgelöst durch eine irreversible Kombination von Monomeren.

Die Radikalische Polymerisation kann sehr gezielt gestoppt werden: Das Hinzugeben eines Radikalfängers unterbricht die Kettenreaktion. Man beachte, dass die Anlagerung an das jeweilige Kettenende nur deshalb funktioniert, weil es reaktiv ist. Es ist also in der Lage mit einem Monomer zu reagieren, wodurch sich dieses überhaupt erst anlagern kann.

Zwei weitere Möglichkeiten: die Kationische und Anionische Polymerisation.

Bei der Radikalischen Polymerisation, spielen wie der Name schon sagt, Radikale eine Rolle bei dem Vorgang.

Dahingegen sind es bei den anderen beiden Verläufen Kationen und Anionen, die den Kettenstart hervorrufen. Der Abbruch des Wachstums erfolgt durch das Zusammentreffen von Kation und Anion.

Ein Kation ist ein positiv geladenes Ion, wohingegen ein Anion ein negativ geladenes Ion ist.

Stufenwachstumsreaktion

Wie wir bereits erwähnt haben, gibt es zwei Arten der Polymerisationsreaktion. Eine hast du schon kennengelernt. Jetzt werfen wir einen genaueren Blick auf die Stufenwachstumsreaktion.

Damit diese Art der Reaktion funktioniert, werden als Basis mindestens zwei funktionelle Gruppen der Monomere benötigt, welche unabhängig voneinander reagieren können. Genau wie bei der anderen Polymerisation gibt es auch hier wieder zwei Untergruppen:

Einmal die Polyaddition, welche wir uns zuerst anschauen werden und die Polykondensation.

Polyaddition

Die Polyaddition erfolgt mit Molekülen, die einen niedrigen Polymerisationsgrad besitzen. Der Polymerisationsgrad gibt lediglich die Anzahl von den Grundbausteinen wieder, die ein Polymermolekül hat. Diese können bei der Polyaddition Dimere (also ein Molekül welches aus zwei Monomeren besteht, Trimere (die sich aus drei Monomeren zusammensetzen) oder auch Oligomere (mehrere Monomehre, die ähnlich zueinander aufgebaut sind) sein. Die Dimere, Trimere und Oligomere können untereinander neue Addukte bilden. Addukte sind zusammengesetzte Moleküle. Erst wenn sie sich oft genug zusammengesetzt beziehungsweise addiert haben, entsteht ein Polymer.

Polykondensation

Schauen wir uns jetzt einmal die Polykondensation näher an. Dieser Vorgang verläuft mit Kondensationsreaktionen. Bei dieser Art von Reaktion, können sich zwei Moleküle miteinander verbinden, indem sie Wasser abspalten. Das passiert bei jeder einzelnen Reaktion. Benötigt werden hierfür Oligomere, welche untereinander reagieren und sich zusammenschließen. Fragt ihr euch jetzt, was mit dem Wasser passiert, welches abgespalten wurde? Nichts. Es ist lediglich ein Nebenprodukt der Reaktion, muss jedoch regelmäßig abgeführt werden, da die Polykondensation sonst stoppt.

Im Gegensatz zu den anderen Reaktionen, ist dies die einzige bei der ein Nebenprodukt anfällt. Es kann durchaus passieren, dass das abgespaltene Nebenprodukt nicht unbedingt Wasser ist, sondern zum Beispiel auch Ammoniak, niedrige Alkohole oder Chlorwasserstoff.

Das Endprodukt kann als Polykondensate bezeichnet werden. Außerdem können nicht nur synthetisch hergestellte Polymere durch das Verfahren Polykondensation entstehen. Polykieselsäure beispielsweise ist ein natürliches Polymer, entsteht jedoch ebenfalls durch die Polykondensation.

Natürliche Polymerisation

Ihr habt bis jetzt nur die synthetische Art und Weise der Polymerisation kennengelernt. Es besteht allerdings ebenfalls eine natürliche Form der Polymerisation:

diese erfüllen den Lebewesen allerdings einen anderen Zweck: Organismen nutzen die Polymerisationsreaktion unter anderem zur Synthese von DNA und Proteinen. Die dabei ablaufenden Reaktionen bei der Herstellung von Kunststoff sind jedoch viel komplizierter als die synthetischen Reaktionen.

Aufgrund der hohen Komplexität der Reaktionen, bestimmen sie auch das Aussehen des finalen Polymers. Gerade in Bezug auf die DNA ist das auch notwendig.

Da die natürliche Polymerisation so genau abläuft, versuchen Forscher diese Abläufe technisch nachzustellen.

Alles Wichtige zur Polymerisation auf einen Blick

• Polymerisation beschreibt eine Synthesereaktion, also eine Reaktion bei der aus zwei Elementen ein neuer Stoff hergestellt wird. In diesem Fall werden aus Monomeren Polymere.
• Man unterscheidet dabei zwischen der Kettenpolymerisation, welche ebenfalls unterteilt werden kann und der Stufenwachstumsreaktion, welche auch mehrere Möglichkeiten bietet.
• Bei der Kettenpolymerisation hängen sich Monomere an das reaktive Ende einer Polymerkette, bis daraus ein Polymer entsteht.
• Dahingegen erfolgt die Stufenwachstumsreaktion in Abschnitten beziehungsweise Stufen und erfolgt nicht in einer Kettenreaktion.