Nachdem du bereits einiges über die Polymerisation allgemein, sowie speziell zur katalytischen Polymerisation erlernst hat, führen wir diese Betrachtung fort und erklären in diesem Kurstext den Mechanismus für die ionische Polymerisation. Dabei unterscheiden wir die kationische und anionische Form.
„Das Besondere an der Ionischen Polymerisation ist, dass hier die Ionen die Kettenreaktion antreiben.“
Ionische Polymerisation – Grundlagen
Bei dieser Form der Polymerisation kann die Kettenbildung durch Ionen ausgelöst werden.
Je nachdem ob es sich um Kationen oder Anionen handelt, spricht der Techniker von einer
- Kationischen Polymerisation (Ion positiv)
oder
- Anionischen Polymerisation (Ion negativ)
Ein besonderer Vorteil der ionischen Polymerisation gegenüber der radikalen Varianten besteht darin, dass die Kettenreaktion bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen erfolgen kann.
Ionische Polymerisation – Ablauf
Beide Formen dieser Polymerisationsart stellen wir dir nachfolgend vor.
Kationische Polymerisation
Bei dieser Form setzt man auf wirksame Brönstedt– oder Lewis-Säuren, die mit zusammen mit Wasser als Initiatoren eingesetzt werden.
Gestartet wird die Reaktion durch die Hinzugabe eines Protons an die Doppelbindung eines Monomers. Dabei entsteht ein Carbo-Kation. Dieses reagiert mit einem weiteren Alkenmolekül, wodurch die Kettenreaktion erhalten bleibt. Ein Ende findet diese Form der Kettenreaktion, wenn ein Proton abgespalten wird oder sich ein Anion des Startkatalysators anlagert.
Für diesen Schritt eignen sich Basen oder passende Anionen.
Der Butylkautschuk ist ein wichtiges Produkt aus der kationischen Polymerisation.
Anionische Polymerisation
Bei dieser Form der Polymerisation fügt man eine starke Base oder ein sehr reaktionsfreudiges Metall wie Natrium hinzu. Es gilt, dass ein Carbanion auf zweierlei Art entstehen kann:
- Es entsteht, wenn sich eine Base an ein Monomer bindet.
oder alternativ
- Es findet eine Elektronenübertragung statt.
Unabhängig davon wie das Carbanion entsteht, es sichert das Fortbestehen der Kettenreaktion.
Auch kleinste Verunreinigungen sind bei der anionischen Variante besonders zu vermeiden. Denn ein freigesetztes Proton von Wasser oder Alkanol kann dazuführen, dass es mit dem Carbanion reagiert und es folglich zum Kettenabbruch kommt.
Daraus ergibt sich aber auch die Möglichkeit eines kontrollierten Abbruchs durch Hinzugeben von Wasser, falls es gewünscht wird.
Reaktive Carbanionen – Nutzbarkeit
Die reaktiven Carbanionen in Reinform werden gelegentlich „lebende Polymere“ genannt.
Man nutzt Sie zur Erzeugung von Block-Copolymeren im Rahmen der Block-Copolymerisation:
Anordnung der unterschiedlichen Monomere – Kettenstruktur
Denn die Anordnung der Monomere kann auf unterschiedliche Art erfolgen:
Wir unterscheiden:
- Statistische Verteilung der unterschiedlichen Monomere (ungleichmäßig verteilt)
sowie
- Alternierende Verteilung der unterschiedlichen Monomere (in sich wiederholenden Abfolgen)
sowie
- Pfropf-Copolymerisation (Verteilung der unterschiedlichen Monomere mit Seitenketten)
sowie
- Block-Copolymerisation (Verteilung der unterschiedlichen Monomere in Blöcken)
In der nächsten Abbildung siehst du die oben genannten Varianten nochmals aufgeführt:
Zurück zu unseren Block-Copolymeren. Bei der Block-Copolymerisation erzeugt man aus einem Typ von Monomeren einen Teilabschnitt der Polymerkette und erzeugt dann aus einem anderen Typ eines Monomers den nächsten Teilabschnitt der Polymerkette. Dabei sei erwähnt, dass man diesen Vorgang fortlaufend wiederholt.
Ein Beispiel für diese Copolymere sind Styrol-Butadien-Kautschuke, die die Industrie für die Herstellung von Autoreifen oder auch Schulsohlen einsetzt.
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