Die radikalische Polymerisation ist ein wichtiger Prozess in der organischen Chemie und hat eine besondere Bedeutung in der Industrie, zur Herstellung von Kunststoffen, Gummi und anderen Polymeren. Diese Polymerisation erfolgt durch eine Kettenreaktion, die durch radikalische Initiatoren ausgelöst wird. In diesem Blogpost werden wir den Reaktionsmechanismus der radikalischen Polymerisation genauer betrachten. Der Reaktionsmechanismus besteht aus 4 Teilen:
- Initiation
- Kettenstart
- Kettenwachstum
- Kettenabbruch.
Der Reaktionsmechanismus
Initiation
Zum Beginn der Reaktion werden Radikale erzeugt. Radikale sind Atome, die ungepaarte Elektronen besitzen und in der Regel sehr reaktiv sind. Radikale reagieren bevorzugt mit Molekülen, die viele Elektronen liefern. Schauen wir uns nun die Erzeugung der Radikale genauer an. Das Polymerisationsverfahren wird durch die Zugabe von radikalischen Initiatoren wie AIBN (Azobisisobutyronitril) oder Dibenzoylperoxid gestartet. Diese Initiatoren zerfallen thermisch in freie Radikale, die die Reaktion starten. In diesem Beispiel dient Dibenzoylperoxid als „Radikal-Starter“. Die Bindung zwischen den beiden Sauerstoffatomen lässt sich durch Licht oder Wärme leicht spalten. Es entstehen zwei Radikale. Durch Umlagerung wird Kohlenstoffdioxid abgespalten und es entsteht ein Phenylradikal.
Kettenstart
Der Kettenstart wird durch die Reaktion des Radikal-Starters mit dem Edukt, in diesem Beispiel Ethen, initiiert. Das entstehende Molekül ist selbst wieder ein Radikal.
Kettenwachstum
Das zuvor entstandene Radikal kann nun mit weiteren Ethen Molekülen reagieren. Somit kommen wir nun zum dritten Teil des Mechanismus, dem Kettenwachstum. Hierbei reagieren weitere Ethen Moleküle mit der Kette, wodurch diese immer länger wird und die Reaktion von sich aus immer weitergeht, solange noch reaktionsfähige Moleküle vorhanden sind. Eine radikalische Polymerisation ist exotherm und mit zunehmender Kettenlänge nimmt auch die Viskosität zu. Die zuvor flüssige Lösung wird mehr und mehr zu einem Gel. Jedoch gibt es neben der Wachstumsreaktion auch andere Reaktionen, die ein weiteres Wachstum der Kette verhindern, indem sie Radikale verbrauchen. Diese schauen wir uns nun im letzten Schritt an.
Kettenabbruch
Beim Kettenabbruch reagieren zwei freie Radikale miteinander und bilden aus ihren beiden ungepaarten Elektronen ein bindendes Elektronenpaar. Das so entstehende Produkt ist kein Radikal und somit nicht mehr reaktiv. Beispiele für die Rekombination sind die Reaktion von zwei Phenylradikalen, die Kombination von zwei Ketten zu einer einzig langen oder die Rekombination von einem Phenylradikal mit einer Kette. In allen diesen Fällen wird das weitere Kettenwachstum abgebrochen. Über die Zeit verlangsamt sich so die Reaktion immer weiter da es keine freien Radikale mehr gibt.
Anwendungen der radikalischen Polymerisation
Die radikalische Polymerisation ist eine der wichtigsten Methoden zur Herstellung von Kunststoffen und Polymeren. Polymerprodukte, die durch radikalische Polymerisation hergestellt werden, sind weit verbreitet und umfassen eine Vielzahl von Anwendungen. Einige der am häufigsten verwendeten Kunststoffe, die durch radikalische Polymerisation hergestellt werden, sind Polyethylen, Polypropylen und Polystyrol.
Diese Kunststoffe, die durch radikalische Polymerisation hergestellt werden, spielen eine entscheidende Rolle in verschiedenen Industriezweigen. Zum Beispiel findet Polyethylen in der Verpackungsindustrie Anwendung, wo es für die Herstellung von Plastiktüten, Folien und Flaschen verwendet wird. Polypropylen wird für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter Verpackungen, Textilien, Autoteile und medizinische Geräte. Polystyrol findet Verwendung in der Lebensmittelverpackung, der Elektronikindustrie und im Bauwesen, wo es in Form von Schaumstoff für Dämmmaterialien und Isolierungen genutzt wird.
Die radikalische Polymerisation ermöglicht die Herstellung von Kunststoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften wie Flexibilität, Festigkeit, Transparenz oder Hitzebeständigkeit. Dadurch können maßgeschneiderte Materialien für spezifische Anforderungen in verschiedenen Industriezweigen entwickelt werden. Die Anpassungsfähigkeit und Vielseitigkeit der durch radikalische Polymerisation hergestellten Kunststoffe machen sie zu wichtigen Werkstoffen für die Herstellung von Produkten in Bereichen wie der Automobilindustrie, Elektronik, Bauwesen, Verpackung und vielen anderen.
Fazit
Die radikalische Polymerisation ist ein wichtiger Prozess in der organischen Chemie, der zur Herstellung von Kunststoffen, Gummi und anderen Polymeren verwendet wird. Die Polymerisation erfolgt durch eine Kettenreaktion, die durch radikalische Initiatoren ausgelöst wird. Der Reaktionsmechanismus umfasst drei Schritte: Initiation, Propagation und Kettenabbruch. Die radikalische Polymerisation hat viele Anwendungen in der Kunststoffindustrie und ist eine wichtige Methode zur Herstellung von Polymeren. Insgesamt spielt die radikalische Polymerisation eine essenzielle Rolle in der Industrie, indem sie die Herstellung von Kunststoffen ermöglicht, die in verschiedenen Branchen weit verbreitet sind. Die Einsatzmöglichkeiten der dabei entstehenden Kunststoffe sind vielfältig und tragen maßgeblich zur Entwicklung innovativer Produkte und zur Optimierung von Produktionsprozessen bei.
