Wat is radicale polymerisatie?
Het woord polymeer betekent "veel eenheden" en verwijst naar een chemisch proces waarbij de ene eenheid aan de andere wordt toegevoegd - en zo verder - totdat een ketting van de gewenste grootte is geproduceerd. Sommige polymerisatiereacties maken gebruik van positief geladen koolstofionen of carbokationen; terwijl anderen negatief geladen koolstofatomen of carbanions gebruiken. Toch voert een derde mechanisme de taak uit met behulp van vrije radicalen, en het proces wordt radicale polymerisatie genoemd. Vrije radicalen zijn atomen of moleculaire fragmenten met een reactief ongepaard elektron dat kan worden gebruikt om de grootte van een kleiner molecuul te vergroten. Een "initiator" is vereist om de reactie bij de polymerisatie met vrije radicalen te beginnen.
Over het algemeen is de initiator een molecule die een zwakke chemische binding bezit die gelijkmatig in radicalen wordt gesplitst, waarbij elk fragment een enkel elektron wegneemt, in plaats van dat het ene fragment beide elektronen ontvangt en het andere, geen. Chloorgas (Cl 2 ) blootgesteld aan ultraviolet licht splitst in twee radicalen, elk genoteerd als Cl ∙, met een stip die het eenzame elektron voorstelt. Wanneer dit reactieve radicaal zich verenigt met een elektrisch neutraal organisch molecuul, is het resultaat een groter radicaal dat verder kan reageren, enzovoort. Andere gebruikelijke initiatoren zijn organische peroxiden - met een - (O – O) - binding - en azoverbindingen - verbindingen met een - (N = N) - binding.
Zodra de reactie is gestart, gaat de propagatie van de reactie verder, waarbij het aantal vrije radicalen in wezen constant blijft. Een voorbeeld hiervan is de radicale polymerisatie van ethyleengas met behulp van een organische peroxide-initiator, R – O – O – R. Een kleine hoeveelheid peroxide wordt gesplitst in de samenstellende radicalen (R – O ∙) en toegevoerd aan ethyleengas (CH 2 = CH 2 ). De twee reageren, resulterend in toevoeging en de aanwezigheid van een nieuwe soort (R – O – CH 2 –CH 2 ∙). Dit is zelf reactief en valt een tweede ethyleengasmolecuul aan om nog een andere, grotere soort te produceren (R – O – CH 2 –CH 2 CH 2 –CH 2 ∙); uiteindelijk wordt de reactie gestopt.
Hoewel de radicale polymerisatiereactie op een geschikt punt wordt gestopt, zijn er natuurlijke processen die het aantal beschikbare vrije radicaalreactie-deelnemers verminderen voordat dat punt is bereikt. Een daarvan wordt "combinatie" genoemd, het onbedoeld samenvoegen van vrije radicalen. In het aangehaalde voorbeeld, 2 R – O – CH 2 –CH 2 ∙ → R – O – CH 2 –CH 2 –CH 2 –CH 2 –O – R. Een andere nevenreactie is "disproportionation", waarbij een radicaal een waterstofatoom uit een ander radicaal grijpt, zoals in R – O – CH 2 –CH 2 ∙ + ∙ CH 2 –CH 2 –O – R → R – O – CH 2 CH 3 + CH 2 = CH – O – R. Het resulterende polymeer, polyethyleen, kan worden geschreven - (CH 2 - CH 2 ) n -. Omdat niet alle productketens in het radicaalpolymerisatieproces dezelfde lengte zullen hebben op het moment van reactie-beëindiging, kan het molecuulgewicht worden gegeven als een gemiddeld molecuulgewicht of als een vorm van molecuulgewichtsverdeling.