21.15: Stufenwachstumspolymerisation: Überblick

Stufenwachstums- oder Kondensationspolymerisation ist eine schrittweise Reaktion von bi- oder multifunktionellen Monomeren zur Bildung langkettiger Polymere. Da alle Monomere reaktiv sind, werden die meisten Monomere in den frühen Phasen der Reaktion verbraucht und bilden kleine Ketten reaktiver Oligomere, die sich dann in den späten Phasen zu langen Polymerketten verbinden. Daher muss die Reaktion über einen langen Zeitraum ablaufen, um Polymere mit hohem Molekulargewicht zu erhalten.

Viele natürliche und synthetische Polymere werden durch Stufenwachstumspolymerisation hergestellt, darunter Polyester, Polyether, Urethane und Polyamide.

Basierend auf der Art der beteiligten Monomere gibt es Polymere vom Typ AABB oder ABAB. An der Bildung von Polymeren vom AABB-Typ sind die Monomere AA und BB mit den gleichen funktionellen Gruppen an beiden Enden beteiligt. Beispielsweise entsteht Polyethylenterephthalat oder PET durch die Reaktion zwischen den Monomeren Glykol und Terephthalsäure.

Polymere vom ABAB-Typ hingegen werden aus AB-Monomeren mit zwei unterschiedlichen funktionellen Gruppen an beiden Enden gebildet. 6-Aminohexansäure ist ein Monomer vom AB-Typ mit einer Amin- und einer Säurefunktion an jedem Ende. Es unterliegt einer Selbstkondensation und bildet Nylon 6, ein Polymer vom AB-Typ. In beiden Fällen reagiert ausschließlich die funktionelle Gruppe von A mit der von B und umgekehrt, um eine neue kovalente Bindung zu bilden.

Die Stufenwachstumspolymerisation bietet gegenüber der Kettenwachstumspolymerisation mehrere Vorteile; Beispielsweise ist kein Initiator erforderlich, um die Polymerisation zu starten, und Abbruchreaktionen finden nicht statt. Allerdings sind typischerweise lange Reaktionszeiten erforderlich, um hohe Umwandlungsgrade und hohe Molekulargewichte zu erreichen.

schrittweise Kondensation von Monomeren zu Polymeren wird als Stufenwachstumspolymerisation bezeichnet.

Bei diesem Polymerisationsprozess reagieren die Monomere zunächst zu den Dimeren, die dann Trimere oder Tetramere bilden, gefolgt von der Bildung von Oligomeren und schließlich Polymeren.

Da jeder Polymerisationsschritt mit dem Verlust von kleinen Molekülen in Form von Wasser oder HCl verbunden ist, wird er auch als Kondensationspolymerisation bezeichnet.

Monomere, die an der Stufenwachstumspolymerisation beteiligt sind, müssen zwei funktionelle Gruppen für die Bindung aufweisen.

Abhängig von der Art der funktionellen Gruppen, die an jedem Ende vorhanden sind, können Monomere vom A-A-Typ, vom B-B-Typ oder vom A-B-Typ sein.

Monomere vom Typ A-A und B-B kondensieren zu einem Polymer vom Typ (A-A-B-B_)n.

Monomere vom Typ A-B haben an jedem Ende zwei verschiedene funktionelle Gruppen. Diese Monomere durchlaufen eine Selbstkondensation und bilden ein Polymer vom Typ (A-B)_n.