Получение полимеров

В настоящее время наряду с природными материалами все большее значение приобретают синтетические полимеры. Выбор соответствующих исходных продуктов и условий процесса позволяет проводить направленный синтез высокомолекулярных соединений и получать их с заранее заданной структурой и необходимым комплексом свойств. При этом можно регулировать степень полимеризации, полидисперсность, разветвленность, конфигурацию звеньев и порядок их присоединения.

Существуют два основных метода синтеза полимеров – полимеризация и поликонденсация. Кроме того, в последние годы широко используется возможность изменения свойств полимеров за счет изменения их молекулярного строения в результате химических реакций – так называемых реакций модификации.

Полимеризация.

Полимеризацией называют процесс образования макромолекул путем последовательного присоединения молекул мономеров М к активному центру М* растущей молекулы. При этом активный центр переходит во вновь присоединившееся звено:

М* + М1 → М – М 1* М – М 1* + М2 → М – М 1 - М2 *

М – М 1 - М2 * + М3 → М – М 1 - М2 * - М3*

М1 ∙∙∙ Мn* + М → М1 ∙∙∙ Мn+1*

В настоящее время в мире полимеризацией получают около 5/4 полимеров как гомо- так и гетероцепных. Процесс протекает по цепному механизму. Цепными реакциями называются такие, в которых образование каких-либо активных частиц (активных центров) приводит к тому, что каждая из них вызывает цепь последовательных реакций.

Различают гомо- и сополимеризацию. Гомополимеризация – это реакция соединения нескольких (n) молекул одного мономера:

nM → [ - M -]n

В сополимеризации участвуют молекулы двух (или более) мономеров и образуется статистический или блок-сополимер:

→ [ - M1 – M2 -]n+m

nM1 + mM2-

→ [ - M1 – ]n - → [ – M2 -]m

Процесс полимеризации включает следующие основные стадии: образование активных центров, рост цепи, обрыв цепи. Образование активных центров протекает при взаимодействии инициатора или катализатора с мономером. Эта стадия характеризуется низкой скоростью, требует затраты энергии. Рост цепи происходит путем присоединения молекул мономера к активным центрам с передачей активного центра на присоединившуюся молекулу. Эта стадия обычно идет быстро и сопровождается выделением энергии. Обрыв цепи происходит вследствие

дезактивации активных центров, в результате которой рост данной молекулы прекращается. Обрыв цепи осуществляется двумя путями: путем уничтожения активного центра Mn*, его перехода в неактивное состояние

Mn* → Mn

и передачей цепи с одного активного центра на другую молекулу мономера с превращением ее в новый растущий активный центр:

Mn* + M → Mn + M*

Скорость реакций обрыва обычно лимитируется скоростью диффузии активных центров в реакционной среде. От соотношения скоростей роста и обрыва цепи зависят степень полимеризации и молекулярная масса образующегося полимера: чем выше скорость роста и ниже скорость обрыва цепи, тем больше молекулярная масса. Активными центрами цепной полимеризации могут быть свободные радикалы (электронейтральные частицы, имеющие один или два неспаренных электрона), ионы (положительно или отрицательно заряженные частицы), ион-радикалы. В соответствии с характером активных центров различают радикальную и ионную (анионную, катионную, ионо-координационную) полимеризацию.

Поликонденсация.

Поликонденсацией называют ступенчатый процесс получения полимеров из би- или полифункциональных соединений, в котором рост макромолекул происходит путем химического взаимодействия функциональных групп молекул мономеров друг с другом и с n-мерами между собой. На концах образующихся макромолекул всегда присутствуют свободные функциональные группы. Различают гомополиконденсацию и гетерополиконденсацию.

Гомолполиконденсацией называют реакции, в которых участвует минимально возможное для данного случая число типов мономеров или только молекулы одного мономера, содержащего два типа функциональных групп. Типичным примером гомополиконденсации служит синтез полиамидов из аминокислот.

Гетерополиконденсацией называют реакции с участием молекул мономеров, содержащих различные функциональные группы, способные взаимодействовать друг с другом, например диаминов с дикарбоновыми кислотами.

Это интересно:

Тематический план и программа раздела производственного обучения
Наименование разделов, тем, упражнений Количество часов при обучении на основе общего базового образования с одновременным получением общего среднего образования, без получения общего среднего образования и на основе общего среднего образования Уровень квалификации Право управления категориями коле ...

Психологические особенности старшего школьного возраста
Хотя все старшеклассники сталкиваются с одними и теми же проблемами, взрослеют они по-разному. Прежде всего действует закон неравномерности созревания и развития. Эта неравномерность является одновременно межличностной (подростки созревают и развиваются в различном темпе, поэтому хронологические св ...

Игровая деятельность и её значение в дошкольном возрасте
Дошкольное детство - достаточно большой отрезок жизни ребёнка. Этот возраст является прямым продолжением раннего возраста в плане общей сенситивности, осуществляемой " неудержимостью онтогенического потенциала к развитию". Это период овладения социальным пространством человеческих отношен ...