Kunststoffe – Synthese von Polymeren

Der Begriff Polymer kann vieles bedeuten. Ein Polymer ist ein langkettiges Makromolekül, in dem sich eine oder mehrere Monomereinheiten wiederholen. Es gibt natürliche Polymere, wie DNA oder Cellulose. Polymere können jedoch auch künstlich hergestellt werden. Im alltäglichen Sprachgebrauch werden solche synthetischen Polymere oft als Kunststoffe oder Plastik bezeichnet. Wie diese synthetischen Polymere hergestellt werden, wird im Folgenden erläutert.

Kettenpolymerisationen

Radikalische Polymerisation am Beispiel von Polyethylen (PE)

Bei der radikalischen Kettenpolymerisation wird zunächst ein Molekül benötigt, das eine homolytische (symmetrische) Bindungsspaltung durch Hitze oder Licht eingehen kann. Das dabei entstehende Radikal greift eine Doppelbindung – wie beispielsweise die von Ethen – an, wodurch ein Alkylradikal (ein Kohlenstoffradikal) gebildet wird. Dieses Alkylradikal reagiert anschließend mit einem weiteren Ethenmolekül, wodurch die Kette verlängert wird. Dieser Prozess wiederholt sich, bis die Reaktion durch die Kombination zweier beliebiger Radikale beendet wird.

Sowohl die kationische als auch die anionische Polymerisation verlaufen ähnlich wie die radikalische Polymerisation. Der Prozess beginnt mit der Initiierung, gefolgt vom Kettenstart und der Kettenfortpflanzung. Der Abbruch der Reaktion erfolgt bei der kationischen Polymerisation durch ein Anion und bei der anionischen Polymerisation durch ein Kation, also jeweils durch das entsprechende Gegenion.

Stufenpolymerisationen

Polymere können auch durch Stufenpolymerisationen hergestellt werden. Ein einfaches Beispiel für eine Stufenpolymerisation ist die Polykondensation, mit der unter anderem Polyester synthetisiert werden können. Die Polykondensation verläuft nach demselben Mechanismus wie eine normale Kondensationsreaktion, jedoch wird dieser Prozess mehrfach (n-fach) wiederholt. Daher müssen die eingesetzten Monomere bifunktional sein, das heißt, sie müssen zwei funktionelle Gruppen besitzen, die für eine Kondensationsreaktion geeignet sind, wie beispielsweise zwei Alkoholgruppen. Ein bekanntes Beispiel hierfür ist die Polykondensation von Polyethylenterephthalat (PET).