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Polyaddition

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Scheuerschwämme für die Küche

Begriffsklärung

Der Begriff der Polyaddition ist in der Literatur nicht so ganz eindeutig definiert. In dem alten Chemielehrbuch "Organische Chemie" von Fox und Whitesell (Heidelberg 1995) kann man lesen, dass es zwei Typen der Polymerisation gibt, nämlich die Polyaddition und die Polykondensation. Demnach ist die Bildung von Polyethen (PE), Polypropen (PP) oder Polyvinylchlorid (PVC) durch radikalische, kationische oder anionische Polymerisation eine Polyaddition, während die Bildung von Polyestern eine Polykondensation ist.

Im Gegensatz dazu werden in anderen Büchern, auf Webseiten wie dem Lexikon der Chemie vom Spektrum-Verlag, der Chemgapedia und so weiter und auch auf der DVD "Kunststoffe" des Gida-Verlags die Begriff Polymerisation und Polyaddition unterschiedlich definiert.

"Polyaddition, chem. Reaktionstyp, bei dem aus unterschiedlichen, niedermolekularen polyfunktionellen Verbindungen durch molekulare Umlagerung Makromoleküle entstehen. Die Kettenverknüpfung ist dabei mit der Wanderung eines Wasserstoffatoms verbunden. Der Unterschied zur Polymerisation, die formal ebenfalls als P. angesehen werden kann, liegt darin, daß bei der P. stabile, isolierbare Zwischenprodukte entstehen."

Quelle: Lexikon der Chemie, Stichwort "Polyaddition", Spektrum-Verlag 1998

Typisches Beispiel

Als typisches Beispiel für eine Polyaddition wird in der Literatur oft die Reaktion von Butan-1,4-diol mit Hexamethylen-1,6-diisocyanat dargestellt:

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Addition von Butan-1,4-dial an Hexamethylen-1,6-diisocyanat

Bei dieser speziellen Additionsreaktion handelt es sich um eine nucleophile Addition. Das C-Atom der Isocyanat-Gruppe ist durch die benachbarten elektronegativen N- und O-Atome positiv polarisiert, so dass das negativ polarisierte O-Atom der Hydroxygruppe des Alkohol nucleophil angreifen kann. In der mittleren Zeile der Abbildung 1 sehen wir ein hypothetisches Zwischenprodukt (fünfwertiges C-Atom, dreiwertiges O-Atom), in der letzten Zeile das Endprodukt dieser Addition. Man achte auf die Umlagerung des blau gekennzeichneten H-Atoms. Diese Umstrukturierung ist typisch für Polyadditionen. Bei einer Polymerisation (radikalisch, kationisch oder anionisch) bleiben die Strukturen der Monomere erhalten, es werden keine Atome umgruppiert. Bei einer Polyaddition dagegen werden die Strukturen der Monomere verändert. Im Gegensatz zu einer Polykondensation werden allerdings keine niedermolekularen Nebenprodukte (zum Beispiel Wasser) freigesetzt.

Bei einer Polyaddition werden zwar keine Moleküle abgespalten, die Monomere werden aber umstrukturiert.

Andere Wachstumsart bei der Polyaddition

Bei einer Polymerisation bildet sich aus zwei Monomeren ein Dimer, dann lagert sich ein drittes Monomer an, und es entsteht ein Trimer. So geht das immer weiter, die Kette wird kontinuierlich länger.

Bei einer Polyaddition bilden sich auch zunächst Dimere, Trimere und so weiter, auch Oligomere (4-10 Monomere) und kurze Polymere entstehen. Allerdings wachsen diese nicht immer weiter, sondern mehrere Oligomere oder kurze Polymere lagern sich zu längeren Polymeren zusammen, die sich wieder mit anderen Oligomeren oder Polymeren zu noch längeren Polymeren zusammenlagern.

Die folgende Abbildung zeigt Polymerisation und Polyaddition im schematischen Vergleich:

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Polymerisation (oben) und Polyaddition (unten) im Vergleich

"Bei der Polyaddition entstehen wie bei der Polykondensation durch sich vielfach wiederholende und voneinander unabhängige Verknüpfungsreaktionen von bis- oder polyfunktionellen Edukten (Monomeren) über reaktive Oligomere schließlich Polymere."

Quelle: Chemgapedia, Artikel "Polyaddition"

Bei einer Polyaddition entstehen einzelne Oligomere, die sich dann mit anderen Oligomeren zu Polymeren verknüpfen. Bei einer Polymerisation dagegen bildet sich eine Kette von Monomeren, die kontinuierlich länger wird.

Die wichtigsten Kunststoffe, die mittels Polyaddition synthetisiert werden, sind die Polyurethane, die Polyharnstoffe und die Epoxidharze. Die im Aufmacherbild gezeigten Scheuerschwämme bestehen zum Beispiel aus Polyurethan.