Таким образом, в реакцию полимеризации вступает вещество, восприимчивое к кратной связи. Эта особенность приводит к быстрому разложению первоначальной структуры соединений и их превращению в совершенно новые комбинации. Исходными молекулами могут быть органические соединения:
Полимеризация
Полимеризация (греч. polymer — состоящий из многих частей) — процесс образования высокомолекулярного вещества (полимера) путем многократного присоединения молекул низкомолекулярных веществ (мономера, олигомера) к активным центрам образующейся молекулы полимера. Молекула мономера, включенная в полимер, образует так называемую мономерную (структурную) единицу. Элементный состав (типы молекул) мономера и полимера примерно одинаковы.
Мономеры обычно представляют собой соединения с несколькими связями, которые могут раскрываться, образуя новые связи с другими молекулами, так что могут образовываться цепи.
Механизм полимеризации обычно включает ряд взаимосвязанных этапов:
- инициирование — зарождение активных центров полимеризации;
- рост (продолжение) цепи — процесс последовательного присоединения молекул мономеров к центрам;
- передача цепи — переход активного центра на другую молекулу;
- разветвление цепи — образование нескольких активных центров из одного;
- обрыв цепи — гибель активных центров.
Виды полимеризации
Классификация полимеризации может быть основана на нескольких признаках:
- число типов молекул мономеров:
- гомополимеризация — полимеризация одинаковых мономеров;
- сополимеризация — полимеризация двух и более разных мономеров.
- природа активного центра и механизм процесса:
- радикальная полимеризация — активными центрами являются свободные радикалы;
- ионная полимеризация — активные центры ионы или поляризованные молекулы;
- фазовое состояние мономеров:
- газофазная полимеризация ;
- жидкофазная полимеризация ;
- твердофазная полимеризация .
- структура области, в которой сосредоточены активные центры:
- объемная полимеризация — полимеризация во всем объёме мономера;
- фронтальная полимеризация — экзотермическая полимеризация в узком фронте, распространяющемся в среде мономера;
- эмульсионная полимеризация — полимеризация на поверхности высокодиспергированных частиц мономера в эмульсии.
- способ инициирования:
- фотополимеризация ;
- термическая полимеризация ;
- радиационная полимеризация и др..
- структурные особенности полученного полимера:
- стереорегулярная полимеризация — полимеризация с образованием полимеров с упорядоченной пространственной структурой;
- технологические особенности полимеризации:
- полимеризация при высоком давлении и др..
- химическая природа мономеров:
- полимеризация олефинов и др..
Химические превращения полимеров основаны на замене одних функциональных групп другими, что происходит без изменения степени полимеризации.
Исторические данные
Полимеризация была открыта в середине 19 века, почти одновременно с выделением первых полимеризуемых мономеров (стирол, изопрен, винилхлорид, метакриловая кислота и т.д.). Однако сущность полимеризации как цепного процесса образования реальных химических связей между молекулами мономеров была понята только в 20-30-е годы XX века благодаря работам Г. Штаудингера, С. Лебедева, Б. Бызова и К. Циглера. В 1922 году химик Штаудингер доказал, что полимеры — это соединения, состоящие из больших молекул, атомы которых соединены ковалентными связями.
Фонд Викимедиа. 2010 .
Полимеризация. Виды полимеризации
Полимеризация — это процесс, при котором молекулы мономера соединяются в ходе химической реакции, образуя полимерные цепи. Существует множество типов полимеризации, таких как поликонденсация, аддитивная полимеризация и сополимеризация.
Конденсационная полимеризация
При конденсационной полимеризации выделяются побочные молекулы с низким молекулярным весом, такие как вода или метанол. Поскольку эта реакция приводит к потере низкомолекулярных молекул, которые часто являются водой, этот процесс также называют дегидратационной полимеризацией. Для ускорения реакции используется концентрированная серная кислота. Пептидные связи или эфирные связи являются типичными примерами конденсационной полимеризации.
Примерами являются полиамид, полиэстер, фенолформальдегидная смола, уретан.
Аддитивная полимеризация
Аддитивная полимеризация — это реакция, при которой несколько молекул мономера соединяются вместе путем перестройки связей без потери мономера. Это осуществляется различными способами, а именно: радикальной полимеризацией, катионной полимеризацией, анионной полимеризацией и координационной полимеризацией.
Пример: ПВХ, полиэтилен, полистирол.
Сополимеризация
Сополимеризация — это реакция получения полимера из двух (или более) различных мономеров, которая противоположна гомополимеризации, где используется только один мономер. Распространенным примером является производство каучука из бутадиена и стирола. Он широко используется в химической и волоконной промышленности.
Координационная полимеризация
Координационная полимеризация — это реакция, в которой мономер присоединяется к растущей макромолекуле через металлоорганический активный участок. Пространственные структуры полимеров являются стереорегулярными, т.е. изостатическими или координированными, а не просто некоординированными.
Полимеризация
Полимеризаты, используемые в промышленности, классифицируются следующим образом: Объемная полимеризация, полимеризация в растворе, суспензионная полимеризация, эмульсионная полимеризация. В следующей таблице вы найдете параметры каждого метода.
Преимущества Недостатки Примеры Объемная полимеризация Простой процесс получения высокочистых макромолекул Сложно контролировать экзотермический процесс, высокая вязкость -Непрерывная полимеризация стирол а-Литье метакрилат а-Непрерывная полимеризация винила Полимеризация суспензии Легкое рассеивание тепла, макромолекулы с низкой вязкостью. Эта реакция требует этапа очистки и обезвоживания. Может произойти коагуляция полимера, и на чистоту полимера могут повлиять примеси. -Связующие вещества изготавливаются из поливинилацетат а-Резина изготавливается из полипропилена и полибутадиена. Полимеризация в растворе Легкое рассеивание тепла, низкая вязкость макромолекул в растворе. Растворитель для реакции дорогой, трудно полностью удалить растворитель, может произойти реакция передачи цепи с растворителем Шарики, порошок ПВХ, пенополиэтилен, полистирол Эмульсионная полимеризация Легкое рассеивание тепла, низкая вязкость макромолекул в эмульсии. Подходит для мукоадгезивных полимеров Эмульгаторы и другие добавки снижают чистоту полимера. -поливинил, поливинилацетат, полистирол Описание механизма цепного типа полимеризации
Полимеризация цепи проходит в четыре основные стадии:
- первая, и самая важная — зарождение центров полимеризации или, другими словами, инициирование,
- реакция, протекающая последовательно и заключающаяся в последовательном присоединении мономеров к активным центрам,
- «гибель» активных центров – обрыв цепи,
- активный центр переходит на другую молекулу – переход цепи.
Промышленная полимеризация
Существует четыре основных процесса промышленной полимеризации: в массе, в растворе, в суспензии или в эмульсии.
Объемная полимеризация является наиболее распространенной. Особенно в процессах, где конечный продукт должен быть получен в твердой фазе. Этот метод синтеза позволяет получить продукт, содержащий минимальное количество примесей. Как и любой другой метод синтеза, объемная полимеризация не лишена недостатков.
- Во-первых, это проблемы с перемешиванием реакционной смеси.
- Во-вторых, с обменом тепла.
- В-третьих, с перекачкой.
- В-четвертых, с загрязнением реактора, так как высокая адгезия к стенкам реакционной смеси.
Если полимеризация происходит в растворе, то не возникает проблем с перемешиванием и реактор не загрязняется. С другой стороны, выход композиции низкий, и требуется дополнительное разделение полимеров. Кроме того, существуют проблемы с организацией производства, поскольку используемые растворители являются легковоспламеняющимися и токсичными.
При суспензионной полимеризации используется смесь с низкой вязкостью, в которой теплопередача более эффективна. Однако, к сожалению, это производство трудно осуществить в больших количествах. Существует также проблема высокой стоимости утилизации сточных вод.
Эмульсионная полимеризация позволяет получить конечный продукт в виде эмульсии (латекса). Преимуществами этого типа полимеризации являются низкая вязкость и хорошая теплоотдача. Недостатками являются необходимость отделения полимера и наличие примесей в продукте.
Открытие полимеризации и понимание ее реакций произвело революцию в мире. Полимеризация позволила производить пластмассы, синтетические ткани, тяжелые и огнеупорные материалы, медицинские приборы и многие «искусственные» органы и ткани, спасая жизни миллионов людей.
Продукты полимеризации являются неотъемлемой частью нашей жизни с 20-го века. Сегодня они окружают нас повсюду — в одежде, в повседневной жизни, на работе. Высокомолекулярные соединения используются во всех сферах жизни: Корпуса телефонов и бытовой техники, строительные материалы, строительные материалы, краски и лаки, одежда, рабочая одежда, теплицы, пленки и многое другое. Полимеры сделали нашу жизнь более комфортной и безопасной, но не стоит забывать, что хотя природе «присущи» созданные ею полимеры, если в почву или воду попадает искусственное вещество, оно может нанести вред окружающей среде. Рыба гибнет от пластиковых пакетов, воздух отравлен сжиганием пластика, отравленная почва приводит к росту «отравленных» растений, которые используются в пищу животными и людьми. Поэтому, используя пластик, мы всегда должны помнить о необходимости его правильной утилизации, чтобы сохранить окружающую среду для наших детей. Вопросу экологической безопасности сегодня уделяется особое внимание. Спустя два столетия человечество начало задумываться о том, как безопасно утилизировать созданные человеком продукты. Для утилизации полимеров разрабатывается все больше технологий, внедряется программа разделения отходов, а особо опасные отходы утилизируются отдельно. Мы все должны заботиться и защищать нашу окружающую среду.
По материалам epolymer.ru.
Следите за нами в Telegram, Яндекс Дзен и Вконтакте.
