Vad är radikal polymerisation?

Ordet polymer betyder "många enheter" och avser en kemisk process att lägga till en enhet till en annan, till en annan - och så vidare - tills en kedja med önskad storlek har producerats. Vissa polymerisationsreaktioner utnyttjar positivt laddade koljoner eller karbocationer; medan andra använder negativt laddade kolatomer eller karbanjoner. Ändå utför en tredje mekanism uppgiften med hjälp av fria radikaler, och processen kallas radikalpolymerisation. Fria radikaler är atomer eller molekylära fragment med en reaktiv oparad elektron som kan användas för att öka storleken på en mindre molekyl. En "initiator" krävs för att påbörja reaktionen vid fri radikalpolymerisation.

Generellt sett är initiatorn en molekyl som har en svag kemisk bindning som delas jämnt i radikaler, varvid varje fragment tar bort en enda elektron, snarare än att ett fragment tar emot både elektroner och det andra, ingen. Klorgas (Cl2) utsatt för ultraviolett ljus delas upp i två radikaler, vardera noterade som Cl ∙, med en punkt som representerar den ensamma elektronen. När denna reaktiva radikal förenas med en elektriskt neutral organisk molekyl är resultatet en större radikal som kan reagera vidare, och så vidare. Ytterligare vanliga initiatorer inkluderar organiska peroxider - med en - (0 - 0) - bindning - och azoföreningar - föreningar med en - (N = N) - bindning.

När reaktionen har inletts fortsätter utbredningen av reaktionen, med antalet fria radikaler kvar väsentligen konstant. Ett exempel på detta kan ses i radikalpolymerisation av etengas med användning av en organisk peroxidinitiator, R – O – O – R. En liten mängd peroxid delas upp i dess komponentradikaler (R – O ∙) och matas in i etengas (CH2 = CH2). De två reagerar, vilket resulterar i tillägg och närvaron av en ny art (R – O – CH ₂ –CH ₂ ∙). Detta är i sig själv reaktivt och attackerar en andra etengasmolekyl för att producera ännu en, större art (R – O – CH2 –CH2CH2 –CH2 ∙); så småningom stoppas reaktionen.

Även om radikalpolymerisationsreaktionen stoppas vid en lämplig punkt finns det naturliga processer som minskar antalet tillgängliga deltagare av fri radikalreaktion innan denna punkt uppnås. En av dessa kallas "kombination", den oavsiktliga sammankopplingen av fria radikaler. I det citerade exemplet, 2 R – O – CH ₂ –CH ₂ ∙ → R – O – CH ₂ –CH ₂ –CH ₂ –CH ₂ –O – R. En annan sidoreaktion är "disproportionering", där en radikal tar en väteatom från en annan radikal, som i R – O – CH ₂ –CH ₂ ∙ + ∙ CH ₂ –CH ₂ –O – R → R – O – CH ₂ CH3 + CH2 = CH – O – R. Den resulterande polymeren, polyeten, kan skrivas - (CH2 –CH2) _n -. Eftersom inte alla produktkedjor i radikalpolymerisationsprocessen kommer att ha samma längd vid tidpunkten för reaktionens avslutande, kan molekylvikt anges som en genomsnittlig molekylvikt eller som någon form av molekylviktsfördelning.