Chemie-LK · CL6 · Kunststoffe

Ketten wachsen lassen

Radikalische Polymerisation simulieren: Initiator und Temperatur einstellen, Ketten wachsen und brechen ab, Histogramm der Kettenlängen.

So gehst du vor

1Stelle die Zahl der Initiatormoleküle, die Temperatur und die Art des Kettenabbruchs ein.
2Starte die Polymerisation. Rote Punkte sind Radikale an wachsenden Ketten (orange), fertige Ketten sind braun.
3Die Reaktion stoppt bei 90 % Umsatz. Lies den mittleren Polymerisationsgrad ab und betrachte das Histogramm.
4Ändere eine Einstellung, starte neu und vergleiche: Wie hängt die Kettenlänge von Initiatormenge und Temperatur ab?

Umsatz

0 %

Ketten

Mittelwert

–

Kettenlängen

Bedingungen

Initiatormoleküle

200

Temperatur

70 °C

Kettenabbruch

Was passiert?

1 Radikalbildung0×

R–O–O–R → 2 R–O· (Initiator zerfällt)

2 Kettenstart0 Ketten

R· + H₂C=CHX → R–CH₂–C·HX

3 Kettenwachstum0×

R–(CH₂–CHX)_n· + H₂C=CHX → R–(CH₂–CHX)_n+1·

4a Abbruch: Kombination0×

P· + ·P' → P–P'

4b Abbruch: Disproportionierung0×

P· + ·P' → P–H + P'(–CH=CHX)

Kettenübertragung0×

P· + R'–SH → P–H + R'–S· (startet eine neue Kette)

Zerfallen: 0 von 200 Initiatormolekülen; davon gingen 0 Radikale verloren (Radikalausbeute 60 %). P, P': Rest der Kette, X: Substituent (z. B. H, Cl, Phenyl).

Modell, keine Messung: 10 000 Monomere statt etwa 10²³, wenige hundert Initiatormoleküle, Teilchen bewegen sich nicht. Die Geschwindigkeitskonstanten sind Modellwerte; nur ihre Temperaturabhängigkeit (Aktivierungsenergien typisch für Peroxid-Initiatoren) ist realistisch. Bis 90 % Umsatz zerfällt nur ein Teil des Initiators; die Kettenlänge sinkt deshalb etwa mit der Wurzel der Initiatormenge. Zerfiele der ganze Initiator wie im Rechenbeispiel im Skript, wäre sie umgekehrt proportional.

Aufträge

Lass die Polymerisation mit 200 Initiatormolekülen bei 70 °C laufen. Beschreibe, was in den vier Schritten passiert, und prüfe die Anzeige X_n mit der Rechnung aus eingebauten Monomeren und Zahl der Ketten nach.
Vergleiche 50 und 400 Initiatormoleküle (70 °C). Erkläre mit dem Mechanismus, warum viel Initiator kurze Ketten liefert, und nenne einen Nachteil von wenig Initiator.
Vergleiche 50 °C und 100 °C bei 200 Initiatormolekülen. Erkläre den Unterschied und ordne ihn den Angaben im Skript zur Steuerung der molaren Masse zu.
Vergleiche „nur Kombination“ mit „nur Disproportionierung“ und schalte dann den Regler zu. Erkläre die Unterschiede in Kettenzahl und Kettenlänge.

Theorie: Kapitel „Mechanismus der radikalischen Polymerisation“ im Skript CL6 Kunststoffe, Einfluss der Reaktionsbedingungen im Kapitel „Eigenschaften gezielt beeinflussen“.