Kunststoffe und Silicone sind Makromoleküle. Die drei wichtigsten Reaktionswege sind die Polymerisation, die Polykondensation und Polyaddition
Viele Schulbücher und Web-Tutorials beschreiben diese Reaktionsmechnismen. Hier werden deshalb nur Reaktionen erläutert, die für die Silicone wichtig sind.
Die Kettenpolymerisation ist ein wichtiger Syntheseweg für Kunststoffe auf Kohlenstoffbasis.
Voraussetzung ist ein ungesättigter Kohlenwasserstoff, wie z.B. Ethen. Bei der Reaktion von Ethenmolekülen bricht eine Doppelbindung auf und ermöglicht so die Verknüpfung von zwei Molekülen - die mit immer neuen Ethen - Monomeren reagieren, sodass die Polymerkette wächst.
Polyethen: Die CC-Doppelbindung des Monomers Ethen wird aufgebrochen und es entsteht eine lange C-C-C-Kette
Im Grundgerüst (Rückgrat) der Silicone sind keine Doppelbindungen vorhanden.
Deshalb kommt eine Kettenpolymerisation bei Siliconen nicht vor.
Die Polykondensation gehört zu den Stufenwachstumsreaktionen. Bei der Reaktion werden kleine Moleküle, wie z.B. Wasser oder HCl abgespalten. Ausgangsstoffe sind Monomere mit mindestens zwei funktionellen Gruppen (z. B. –OH, –COOH, –NH2, –CHO …).
Synthese von Nylon
Eine wichtige Reaktion ist die Kondensation eines Dimers.
Das Dimer kann wiederum weitere Kettenreaktionen eingehen. Es entstehen immer längere Molekülketten.
Dabei werden Makromoleküle, die an jedem Ende eine Funktion tragen (bifunktionale Moleküle) miteinander verknüpft. Im oberen Beispiel sind dies ein Disäurechlorid und ein Diamin. Diese können dann mit weiteren Molekülen reagieren. Bei jeder Kondensationsverknüpfung wird ein Molekül HCl abgespalten.
Die Polykondensationsreaktion ist für die Herstellung von Siliconen sehr wichtig.
Durch Hydrolyse entsteht aus Dimethyldichlorsilan Silandiol.
Durch Polykondensation entsteht im nächsten Schritt ein Siliconpolymer.
Siliconöle bestehen aus langen Siloxanketten.
Das neue Monomer Silandiol verfügt nun über zwei funktionellen Gruppen.
So kommt es als Reaktionspartner für eine Polykondensation in Frage.
Siliconöle werden z.B. als Trennmittel für Etikettenträgerpapiere verwendet.
Das Produkt enthält Polymere mit unterschiedlichen Kettenlängen.
Diese können chemisch aufgetrennt werden. So erhält man „sortenreine“ Siliconöle.
Von den Siliconölen leiten sich diverse weitere Siliconprodukte ab.
Sie kommen durch chemische Funktionalisierung zustande.
Auch bei der Herstellung von Siliconharzen spielt die Polykondensation eine wichtige Rolle.
Auch die Polyaddition ist eine Stufenwachstumsreaktion.
Sie kann nur dann stattfinden, wenn die Monomere zwei oder mehr funktionelle Gruppen tragen.
Polyaddition von Polyurethan
Die Herstellung von Polyurethan erfolgt nach dem Mechanismus der Polyaddition. Hier regiert z.B. ein 2- oder 3-wertiger Alkohol mit einem Di- oder Triisocyanat ohne dass ein Nebenprodukt abgespalten wird.Aus bifunktionellen Edukten entsteht wie oben gezeigt ein lineares Produkt.
Silicone werden über eine katalysierte Polyaddition vernetzt.
