Polymerisation
Bei der Polymerisation entstehen - wie der Name schon andeutet - sogenannte Polymere. Ein Beispiel eines Polymers ist im folgenden Strukturformelausschnitt zu sehen:
Bei einer Polymerisation reagieren ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die mindestens eine Doppelbindung besitzen, miteinander.
Der Reaktionsmechanismus ist der radikalischen Substitution sehr ähnlich, weshalb er an dieser Stelle nur kurz besprochen werden soll. Die Reaktion kann in drei Schritte unterteilt werden:
- Während der Startreaktion bilden sich durch Wärmezufuhr sogenannte Initiatormoleküle. Dabei handelt es sich meistens um Peroxide (R-O-O-R) oder Moleküle mit einer Azobindung (R-N=N-R), deren Bindungen heterolytisch gespalten werden. Dadurch bilden sich Radikale.
- Die Radikale reagieren in der sogenannten Kettenreaktion mit den ungesättigten Kohlenwasserstoffen. Dabei wird die π-Bindung der Doppelbindung heterolytisch gespalten und es entstehen Kohlenwasserstoffradikale. Diese reagieren mit weiteren ungesättigten Kohlenwasserstoffen. Dieser Vorgang kann solange fortgesetzt werden, bis eine beliebig lange Kohlenwasserstoffkette entstanden ist.
- Reagieren zwei Radikale miteinander, entsteht ein sehr stabiles Reaktionsprodukt, das keine weiteren Kettenreaktionen eingeht. Daher wird dieser Reaktionsschritt Abbruchreaktionen genannt. Sind im Stoffgemisch keine bzw. kaum noch Radikale enthalten, kommt die Gesamtreaktion zum Erliegen. Je nachdem wie lange es dauert, können unterschiedlich lange Polymere entstehen.
Polymerisation
Durch die Wärmezufuhr bilden sich Radikale, die in der Kettenreaktion anschließend mit ungesättigten Kohlenwasserstoffen reagieren. Die dabei entstanden Moleküle reagieren danach mit weiteren ungesättigten Kohlenwasserstoffen. Reagieren zwei Radikale miteinander, kommt es zur Abbruchreaktion.
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Polyethylen (PE)
Polyethylen ist der weltweit industriell am häufigsten hergestellte Kunststoff. Er kommt in vielen verschiedenen Alltagsprodukten wie Folien, Verpackungen, Rohren und Kabelisolationen vor.
Hergestellt werden kann Polyethylen durch Kettenpolymerisation von Ethen (CH2=CH2). Da Ethen oberhalb von -104°C gasförmig vorliegt, sind für die Herstellung von Polyethen veränderte Druckbedingungen nötig. Bei der Herstellung kann in Niederdruck-Polyethen und Hochdruck-Polyethen unterschieden werden. Sie haben verschiedene Eigenschaften und werden entsprechend unterschiedlich eingesetzt.
Polyethylenherstellung
Durch Kettenpolymerisation von Ethen entstehen Polyethylene.
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Polyvinylchlorid (PVC)
Polyvinylchlorid nimmt kaum Wasser auf und ist gegen Chemikalien wie Säuren, Laugen und Alkohole relativ beständig. Aufgrund seiner Eigenschaften kommt PVC vor allem in langlebigen Produkten wie Gartenmöbeln, Fensterrahmen oder Bodenbelägen zum Einsatz.
Polyvinylchlorid wird durch radikalische Kettenpolymerisation aus dem Monomer Vinylchlorid erzeugt. Vinylchlorid kann gewonnen werden, indem durch die Addition von Chlor an Ethen Dichlorethan entsteht. Diese kann anschließend unter Abspaltung von Chlorwasserstoff zu Vinylchlorid umgewandelt werden.
Polyvinylchlorid
Durch die Addition von Chlor an Ethen entsteht Chlorethan. Die Chlorethan-Monomere können anschließend zu Polyvinylchlorid reagieren.
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