. Begrenset gjenbruk

. Begrenset gjenbruk

Polymerisasjon, polymerisering, fellesbetegnelse på kjemiske reaksjoner og prosesser der relativt små molekyler (monomerer) reagerer ved å binde seg sammen til mye større molekyler. De høymolekylære stoffene som dannes, kalles polymerer. Polymerisasjon er den sentrale prosess i kjemisk industri som produserer råstoffer til plast og syntetiske gummi-, lim-, lakk- og malingsprodukter fra petrokjemiske primærprodukter.

Det finnes en rekke forskjellige reaksjonsveier for dannelse av polymerer.

Hvis bare én enkelt monomer inngår i reaksjonen kalles den en homopolymerisasjon, er det to eller flere forskjellige monomerer som polymeriserer sammen, kalles det en kopolymerisasjon.

Dette er en ren addisjonsreaksjon, som f.eks. ved polymerisasjonen av etylen til polyetylen:

n CH2=CH2 → (–CH2–CH2–)n.

Denne formelen for polymeren skal indikere at molekylene består av kjeder av mange, n, etylengrupper –CH2–CH2– som er knyttet sammen. Antallet n kalles polymerisasjonsgraden. Oftest ønskes polymerer som har egenskap av materialer (plast, gummi, fiberstoffer), og da må n ha meget store verdier, f.eks. for plasten polyetylen fra ca. 500 og opp til hundre tusen. Slike høypolymerer er alltid en blanding av molekyler med forskjellige polymerisasjonsgrader og n må betraktes som en middelverdi. I formelen angis vanligvis ikke endegruppene på kjeden, idet disse spiller en underordnet rolle når molekylene er så store. Ofte stammer en av disse gruppene fra den initiatoren som må brukes for å starte (initiere) polymerisasjonen.

Det meste av lavdensitetspolyetylenet og all polyvinylklorid, polystyren m.fl. fremstilles industrielt ved bruk av en initiator som danner frie radikaler R  ˙:

polymerisasjon (inlinegrafikk 1) (bilde)

osv. til polymer.

Dette er en kjedereaksjon, og veksten avsluttes ved at to voksende polymerradikaler møtes og reagerer med hverandre (avbrudd, terminering), eller ved at radikalet tilriver seg et atom fra et annet molekyl som derved blir et radikal som kan gi opphav til vekst av et nytt polymermolekyl (kjedeoverføring). Visse lettere angripelige stoffer (kjedeoverførere) kan tilsettes for å fremme kjedeoverføring og på denne måten å hindre at polymerisasjonsgraden blir altfor høy. Polymerisasjonen kan stoppes helt ved tilsetning av en inhibitor.

Dette er også en kjedereaksjon og brukes f.eks. ved fremstilling av polyisobutylen og butylgummi (kationisk):

polymerisasjon (inlinegrafikk 2) (bilde)

osv. til polymer og til dels polybutadien (anionisk):

R + CH2=CH−CH=CH2

RCH2–CH=CH–CH2 → osv.

Eller polyformaldehyd (f.eks. anionisk):

R + H2C=O → RCH2–O

RCH2–O–CH2–O → osv.

I disse ioniske polymerisasjonene er R+ et positivt ion (kation), f.eks. et proton (H+) fra en sterk syre, og R er et negativt ion (anion), f.eks. et alkoksyion (CH3O) fra et alkoholat eller et alkylion, C4H7, fra butyllitium. De voksende anioniske polymermolekylene kan vanskelig terminere. Når monomeren er oppbrukt, kan de derfor bevare sin negative ladning som ledende polymerer som fortsetter å vokse straks ny monomer settes til.

Her brukes industrielt en katalysator i form av partikler (heterogen katalyse) som holder den voksende enden av polymerkjeden bundet til tungmetallatomer i overflaten. Monomermolekylet bindes koordinativt til samme metallatom som polymerkjeden og bygges så inn i denne. Kjeden vokser derfor ut som et hår fra katalysatoroverflaten. Høydensitetspolyetylen fremstilles slik.

Katalysatorer kan også ha en dirigerende virkning og favorisere én av flere mulige strukturer hos polymeren. polypropylen, polybuten og til dels polybutadien og polyisopren fremstilles med slike stereospesifikke katalysatorer (se Ziegler-Natta-katalysatorer).

Sykliske kjemiske forbindelser kan ofte polymeriseres ved at ringen i molekylet åpnes, som f.eks. ved polymerisasjon av etylenoksid (til polyetylenoksid) og laktamer (til polyamider).

Andre polymerisasjoner kan også være rene addisjonsreaksjoner, som f.eks. dannelsen av polyuretaner, men dette er ikke kjedereaksjoner, og de kan stoppes og polymeren isoleres på ethvert trinn i veksten.

Reaksjoner hvor kjedeveksten også kan stoppes på ethvert trinn og reaksjonen er en kondensasjon, dvs. den skjer under samtidig avspalting av et laveremolekylært stoff, ofte vann. Urea-, melamin- og fenolharpikser, polyestere, polyamider (fra aminosyrer) og silikoner fremstilles ved polykondensasjon.

I industrien benyttes forskjellige tekniske systemer til den praktiske gjennomføring av de ovennevnte reaksjonene. Se massepolymerisasjon (ufortynnet monomer), emulsjonspolymerisasjon, suspensjonspolymerisasjon, løsningspolymerisasjon og grenseflatepolymerisasjon.

Den motsatte reaksjon av en polymerisasjon kalles depolymerisasjon.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.