Die Polymerisation bezeichnet die chemische Reaktion, bei der niedermolekulare Monomere zu hochmolekularen Polymeren verknüpft werden. Sie ist grundlegend für die Herstellung von Kunststoffen, Elastomeren, Lackbindemitteln und funktionellen Polymernetzwerken.

Mechanistisch wird in erster Linie zwischen kettenwachsender (Chain-Growth) und stufenwachsender (Step-Growth) Polymerisation unterschieden. Kettenwachstumspolymerisationen umfassen radikalische, ionische und koordinative Verfahren (z.B. Ziegler–Natta-, Metallocen-Katalyse) und verlaufen über aktive Zentren, an denen das Makromolekül durch sukzessive Monomeraddition wächst. Stufenwachstumspolymerisationen, wie Polykondensation und Polyaddition, beruhen auf der Reaktion funktioneller Gruppen beliebiger Oligomerlängen miteinander.

Aus kinetischer und verfahrenstechnischer Sicht sind Massen‑, Lösungs‑, Emulsions‑ und Dispersionspolymerisation zentrale Prozessrouten, die Molmassenverteilung, Morphologie und Restmonomergehalt stark beeinflussen. Spezialisierte Varianten wie Photopolymerisation und Mehrphotonen‑/Zweiphotonen‑Polymerisation erlauben ortsaufgelöste Aushärtung, z.B. in der additiven Fertigung (Vat-Polymerisation) und in der Mikro‑/Nanostrukturierung.

Die gezielte Kontrolle der Sequenzarchitektur – etwa in Block-Copolymerisationen oder mittels kontrollierter/living Polymerisationen – ist entscheidend für die Einstellung von Phasenseparation, mechanischen Eigenschaften, Transport und Selbstorganisation. Elektropolymerisation eröffnet zudem die Abscheidung leitfähiger Polymerschichten direkt an Elektrodenoberflächen.

Für Werkstoffwissenschaftler ist die Polymerisation somit nicht nur ein Synthesewerkzeug, sondern ein zentrales Steuerinstrument für Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in polymeren Werkstoffen.