La polimerizzazione è la reazione chimica che unisce molte piccole molecole, i monomeri, in lunghe catene macromolecolari, i polimeri. È il processo alla base della produzione di tutte le materie plastiche, gomme, fibre sintetiche e di molti biomateriali, ed è centrale nell’industria chimica e dei materiali.
Un polimero è una catena (lineare, ramificata o reticolata) costituita dalla ripetizione di un’unità base derivata dal monomero. Le proprietà del materiale finale dipendono dalla struttura della catena, dalla sua lunghezza (grado di polimerizzazione) e dal modo in cui le catene si organizzano.
Esistono due grandi meccanismi di polimerizzazione:
| Meccanismo | Come avviene |
|---|---|
| Addizione (a catena) | i monomeri si aggiungono uno a uno a una catena in crescita |
| Condensazione (a stadi) | i monomeri si uniscono eliminando una piccola molecola (es. acqua) |
Nella polimerizzazione per addizione, tipica dei monomeri con doppi legami (etilene, propilene, cloruro di vinile), una specie reattiva (radicale, ione) innesca la catena, che cresce rapidamente aggiungendo monomeri, fino alla terminazione. Produce poliolefine come polietilene e polipropilene.
Nella polimerizzazione per condensazione, monomeri con gruppi funzionali reattivi si legano progressivamente eliminando una piccola molecola; le catene crescono per stadi. Produce poliesteri, poliammidi (nylon), policarbonati.
Le proprietà finali dipendono da fattori strutturali:
- lunghezza delle catene: catene lunghe danno maggiore resistenza;
- reticolazione: legami trasversali tra catene danno materiali rigidi e indeformabili (termoindurenti);
- cristallinità: catene ordinate danno materiali più rigidi e resistenti;
- termoplastici vs termoindurenti: i primi rammolliscono col calore e si rimodellano, i secondi induriscono in modo irreversibile.
Controllare la polimerizzazione — meccanismo, catalizzatori, condizioni, peso molecolare — permette di progettare materiali con proprietà su misura, dalla pellicola flessibile alla fibra ad alta resistenza alla resina termoindurente. La polimerizzazione è il fondamento della scienza e dell’ingegneria dei polimeri, una delle aree più importanti della chimica applicata e dei materiali.