Полимеризация

редактировать
химическая реакция с образованием полимерных цепей

IUPAC определение Полимеризация: процесс преобразования мономера или смеси мономеров в полимер. Пример полимеризации алкена, в котором двойная связь каждого стирольного мономера образуется как одинарная связь плюс связь с другим мономером стирола. Продукт представляет собой полистирол.

В химии полимеров, полимеризация (американский английский ) или полимеризация (Британский английский ), представляет собой процесс взаимодействия молекул мономера вместе в химической реакции с образованием полимерных цепей или трехмерных сетей. Есть много форм полимеризации, и существуют разные системы для их классификации.

Содержание

  • 1 Введение
  • 2 Полимеризация ступенчатого роста v цепного роста
    • 2.1 Пошаговый рост
    • 2.2 Цепной рост
    • 2.3 Фотополимеризация
  • 3 Соотношение полимеров
  • 4 См. также
  • 5 Ссылки

Введение

Гомополимеры
A + A + A +... → А А А А... {\ displaystyle A + A + A +... \ rightarrow AAAA...}{\ displaystyle A + A + A +... \ rightarrow AAAA...}
Сополимеры
A + B + A + B... → А Б А Б... {\ displaystyle A + B + A + B... \ rightarrow ABAB...}A + B + A + B... \ rightarrow ABAB...

В химических соединениях полимеризация может происходить с помощью различных механизмов реакции, которые различаются по сложности из-за функциональные группы, присутствующие в реагентах, и присущие им стерические эффекты. В более простых способах полимеризации алкены образуют полимеры посредством относительно простых радикальных реакций ; Напротив, реакции, включающие замещение в карбонильной группе, требуют более сложного синтеза из-за способа полимеризации реагентов. Алканы также можно полимеризовать, но только с помощью сильных кислот.

Поскольку алкены могут полимеризоваться в довольно простых радикальных реакциях, они образуют полезные соединения, такие как полиэтилен и поливинилхлорид (ПВХ), которые производятся в больших объемах каждый год. из-за их полезности в производственных процессах коммерческих продуктов, таких как трубопроводы, изоляция и упаковка. Как правило, полимеры, такие как ПВХ, называются «гомополимеры », поскольку они состоят из повторяющихся длинных цепей или структур одного и того же мономерного звена, тогда как полимеры, которые состоят из более чем одного мономерного звена, называются сополимеры (или сополимеры).

Другие мономерные звенья, такие как гидраты формальдегида или простые альдегиды, способны полимеризоваться при довольно низких температурах (примерно -80 ° C) до образуют тримеры ; молекулы, состоящие из 3-х мономерных звеньев, которые могут циклизоваться с образованием кольцевых циклических структур или претерпевать дальнейшие реакции с образованием тетрамеров или соединений с 4-мя мономерными звеньями. Такие небольшие полимеры называются олигомерами. Как правило, поскольку формальдегид является исключительно реактивным электрофилом, он допускает нуклеофильное добавление полуацеталя промежуточных продуктов, которые обычно являются короткоживущими и относительно нестабильными соединениями «средней стадии», которые реагируют с другими молекулами. присутствуют с образованием более стабильных полимерных соединений.

Полимеризация, которая недостаточно замедляется и протекает с высокой скоростью, может быть очень опасной. Это явление известно как опасная полимеризация и может вызывать пожары и взрывы.

Полимеризация ступенчатого роста и роста цепи

ступенчатый рост и рост цепи являются основными классами механизмов реакции полимеризации. Первое часто легче реализовать, но требует точного контроля стехиометрии. Последний более надежно дает высокомолекулярные полимеры, но относится только к определенным мономерам.

Ступенчатый рост

При ступенчатой ​​(или ступенчатой) полимеризации пары реагентов любой длины объединяются на каждой ступени с образованием более длинной молекулы полимера. Средняя молярная масса медленно увеличивается. Длинные цепи образуются только на поздних стадиях реакции.

Полимеры ступенчатого роста образуются путем независимых стадий реакции между функциональными группами мономерных звеньев, обычно содержащими гетероатомы, такие как азот или кислород. Большинство полимеров ступенчатого роста также классифицируются как конденсационные полимеры, поскольку малая молекула, такая как вода, теряется при удлинении полимерной цепи. Например, цепи сложного полиэфира растут в результате реакции групп спирта и карбоновой кислоты с образованием звеньев сложного эфира с потерей воды. Однако бывают исключения; например, полиуретаны представляют собой полимеры ступенчатого роста, образованные из бифункциональных мономеров изоцианата и спирта) без потери воды или других летучих молекул, и классифицируются как аддитивные полимеры, а чем конденсационные полимеры.

Полимеры ступенчатого роста увеличивают молекулярную массу с очень медленной скоростью при более низких конверсиях и достигают умеренно высоких молекулярных масс только при очень высокой конверсии (т.е.>95%). Полимеризация в твердом состоянии с получением полиамидов (например, нейлонов) является примером полимеризации со ступенчатым ростом.

Цепной рост

Цепной рост (или цепная) полимеризация, единственной стадией реакции удлинения цепи является добавление мономера к растущей цепи с активным центром, таким как свободный радикал, катион или анион. Когда рост цепи инициируется образованием активного центра, распространение цепи обычно происходит быстро при добавлении последовательности мономеров. Длинные цепи образуются с самого начала реакции.

Полимеризация с ростом цепей (или аддитивная полимеризация) включает связывание вместе ненасыщенных мономеров, особенно содержащих углерод-углерод двойные связи. Пи-связь теряется из-за образования новой сигма-связи. Полимеризация с цепным ростом участвует в производстве полимеров, таких как полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид (ПВХ), акрилат. В этих случаях алкены RCH = CH 2 превращаются в высокомолекулярные алканы (-RCHCH 2-)n(R = H, CH 3, Cl, CO 2CH3).

Другие формы полимеризации с ростом цепи включают катионную аддитивную полимеризацию и анионную аддитивную полимеризацию. Особый случай полимеризации с ростом цепи приводит к живой полимеризации. Полимеризация Циглера-Натта позволяет в значительной степени контролировать разветвление полимера.

Полимеризация этилена

Для управления скоростью инициации, распространения и обрыва цепи используются разнообразные методы. Полимеризация. Связанный с этим вопрос - это регулирование температуры, также называемое, во время этих реакций, которые часто являются сильно экзотермическими. Например, при полимеризации этилена на моль мономера выделяется 93,6 кДж энергии.

Способ в котором проводится полимеризация, является высоко развитой технологией. Методы включают эмульсионную полимеризацию, полимеризацию в растворе. на, суспензионная полимеризация и осаждающая полимеризация. Хотя полимер , дисперсность и молекулярная масса могут быть улучшены, эти методы могут потребовать дополнительных технологических операций для выделения продукта из растворителя.

Фотополимеризация

Большинство реакций фотополимеризации представляют собой полимеризацию с ростом цепи, которая инициируется поглощением видимого или ультрафиолетового света. Свет может поглощаться либо непосредственно реагирующим мономером (прямая фотополимеризация), либо фотосенсибилизатором, который поглощает свет и затем передает энергию мономеру. Обычно только стадия инициирования отличается от обычной термической полимеризации того же мономера; последующие этапы размножения, завершения и передачи цепи остаются неизменными. При ступенчатой ​​фотополимеризации поглощение света запускает реакцию присоединения (или конденсации) между двумя сомономерами, которые не вступают в реакцию без света. Цикл распространения не инициируется, потому что каждая стадия роста требует помощи света.

Фотополимеризация может использоваться как фотографический или печатный процесс, потому что полимеризация происходит только в тех областях, которые подверглись воздействию света. Непрореагировавший мономер можно удалить с неэкспонированных участков, оставив рельефное полимерное изображение. В нескольких формах 3D-печати - включая послойную стереолитографию и 3D-фотополимеризацию с двухфотонным поглощением - используется фотополимеризация.

Многофотонная полимеризация. использование одиночных импульсов также было продемонстрировано для изготовления сложных структур с использованием цифрового микрозеркального устройства.

Соотношение полимеров

В данной рецептуре или рецептуре соединения полимер общее количество / частей на сотню полимера, добавленного для получения определенного соединения, называется соотношением полимеров . В основном это относится к агрегированному количеству полимера в составе, которое может претерпевать какие-либо физические или химические изменения в ходе постполимеризации или физической термообработки.

См. Также

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-02 10:33:37
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте