Рэакцыя палімерызацыі
Пендахулуан
Палімеры — гэта хімічныя злучэнні, якія складаюцца з вялікіх малекул з доўгім ланцугом, што складаюцца з паўтаральных адзінак, якія называюцца манамерамі. Палімерызацыя — гэта хімічны працэс, пры якім гэтыя манамеры злучаюцца, утвараючы палімеры. Гэты працэс мае вырашальнае значэнне ў хімічнай прамысловасці і спрыяе ўтварэнню розных каштоўных матэрыялаў, у тым ліку пластмас, гумы і сінтэтычных валокнаў.
Гэты артыкул мае на мэце апісанне механізмаў, тыпаў і прымянення рэакцый палімерызацыі. Працэсы палімерызацыі могуць адбывацца па розных механізмах, з двума асноўнымі катэгорыямі: адыцыйная палімерызацыя і кандэнсацыйная палімерызацыя.
Тыпы палімерызацыі
Адыцыйная палімерызацыя
Адыцыйная палімерызацыя — гэта працэс, у якім манамеры з падвойнымі або патройнымі сувязямі рэагуюць з утварэннем палімера без выдзялення пабочных прадуктаў. Палімеры, якія атрымліваюцца ў выніку гэтага тыпу палімерызацыі, называюцца адыцыйнымі палімерамі.
Лангках-лангках:
1. Ініцыяцыя: Рэакцыя пачынаецца, калі ініцыятар утварае свабодныя радыкалы, іоны або каталізатары, якія могуць разрываць падвойныя сувязі ў манамерах.
2. Распаўсюджванне: свабодныя радыкалы або іоны, якія ўтвараюцца, рэагуюць з манамерамі, ствараючы новыя актыўныя канцы, якія могуць рэагаваць з іншымі манамерамі.
3. Завяршэнне: рэакцыя спыняецца, калі два свабодныя радыкалы сустракаюцца і ўтвараюць кавалентную сувязь, або калі нейкі іншы механізм спыняе распаўсюджванне.
прыклад:
– Поліэтылен: манамер этылену (C2H4) рэагуе праз ланцуг свабодных радыкалаў з утварэннем поліэтылену.
– Полівінілхларыд (ПВХ): манамеры вінілхларыду (C2H3Cl) злучаюцца шляхам ініцыяцыі, распаўсюджвання і абрыву сувязі.
Кандэнсацыйная палімерызацыя
Кандэнсацыйная палімерызацыя ўключае ў сябе манамеры, якія маюць як мінімум дзве рэакцыйныя функцыянальныя групы, і ўтварае палімер з выхадам пабочнага прадукту, такога як вада або метанол.
Лангках-лангках:
1. Ініцыяцыя: Манамеры, якія маюць рэакцыйныя функцыянальныя групы, рэагуюць адзін з адным.
2. Утварэнне: Утварэнне сувязяў паміж манамерамі, якое суправаджаецца вызваленнем лёгкіх малекул, такіх як H2O або HCl.
3. Рост ланцуга: Гэты працэс працягваецца да таго часу, пакуль не скончацца монамеры або ўмовы рэакцыі не стануць спрыяльнымі.
прыклад:
– Нейлон-6,6: атрымліваецца ў выніку рэакцыі паміж гексаметылендыамінам і адыпінавай кіслатой, у выніку якой у якасці пабочнага прадукту ўтвараецца вада.
– Паліэстэр: утвараецца ў выніку рэакцыі паміж тэрэфталевай кіслатой і этыленгліколем з утварэннем вады ў якасці пабочнага прадукту.
Механізм палімерызацыі
Палімерызацыя свабодных радыкалаў
Палімерызацыя свабодных радыкалаў — адзін з найбольш распаўсюджаных механізмаў адыцыйнай палімерызацыі. Гэты працэс пачынаецца з утварэння высокарэактыўных свабодных радыкалаў, звычайна праз тэрмічную або фотаініцыяцыю.
1. Ініцыяцыя: малекулы ініцыятара, такія як бензаілпераксід або азабісізабуціронітрыл (AIBN), расшчапляюцца з утварэннем свабодных радыкалаў.
\[ \text{(Заўвага, AIBN) → 2 \cdot (Радыкал, )} \]
2. Распаўсюджванне: свабодныя радыкалы рэагуюць з манамерамі, утвараючы падоўжаныя манамерныя радыкалы:
\[ \text{(Радыкал + манамер) → (R-палімер)} \]
3. Спыненне: Два свабодныя радыкалы аб'ядноўваюцца, утвараючы нерадыкальную малекулу і спыняючы ланцуговую рэакцыю:
\[ \text{(R + R ) → Нерадыкальна-прадуктыўная} \]
Іённая палімерызацыя
Гэтая палімерызацыя ўключае ў сябе ўтварэнне іонаў (катыёнаў або аніёнаў) як рэакцыйных рэчываў. Іонную палімерызацыю таксама можна падзяліць на два асноўныя тыпы, а менавіта:
– Катыённая палімерызацыя: у якасці ініцыятара выкарыстоўваецца катыённы кампанент. Звычайна выкарыстоўваецца з манамерамі, якія маюць электронадонныя групы, такія як ізабутылен.
– Аніённая палімерызацыя: у якасці ініцыятараў выкарыстоўваюцца адмоўна зараджаныя іоны (аніёны). Выкарыстоўваецца для манамераў, якія маюць электронаакцэптарныя групы, такія як стырол.
Каардынацыйная палімерызацыя
Гэты тып палімерызацыі апасродкаваны каталізатарамі на аснове комплексаў пераходных металаў, прыкладам чаго з'яўляецца палімерызацыя Цыглера-Ната, якая выкарыстоўваецца для атрымання стэрэарэгулярнага поліэтылену і поліпрапілену.
1. Каталізатары: пераходныя металы, такія як хларыд тытана, выкарыстоўваюцца разам з арганаметалічнымі злучэннямі, такімі як трыэтылалюміній (AlEt3).
2. Рэакцыя: Манамеры злучаюцца ў актыўным становішчы металічнага комплексу.
Прымяненне палімерызацыі
Пластыкавая прамысловасць
Пластыкі — найбольш вядомыя і шырока выкарыстоўваныя палімерныя прадукты. Яны атрымліваюцца шляхам адыцыйнай і кандэнсацыйнай палімерызацыі. Прыкладамі распаўсюджаных прадуктаў палімерызацыі пластыкаў з'яўляюцца поліэтылен, поліпрапілен, ПВХ і ПЭТ (поліэтылентэрэфталат). Пластыкі выкарыстоўваюцца ў вытворчасці ўпакоўкі, цацак, труб і розных іншых спажывецкіх тавараў.
Валакністы матэрыял
Сінтэтычныя валокны, такія як нейлон і поліэстэр, з'яўляюцца вынікам кандэнсацыйнай палімерызацыі. Яны выкарыстоўваюцца ў вытворчасці тэкстылю, адзення і прадметаў хатняга ўжытку, такіх як дываны і вяроўкі. Валакны часта выбіраюць за іх трываласць, устойлівасць да ізаляцыі і эластычнасць.
Сінтэтычны каўчук
Сінтэтычныя каўчукі, такія як полібутадыен і стырол-бутадыен (SBR), з'яўляюцца прадуктамі адыцыйнай палімерызацыі дыензмяшчальных манамераў. Гэтыя каўчукі выкарыстоўваюцца ў вытворчасці аўтамабільных шын, ушчыльняльнікаў і ў розных прамысловых галінах дзякуючы сваёй устойлівасці да ізаляцыі і дэфармацыі.
Эпаксідныя смалы і тэрмарэактыўныя палімеры
Эпаксідныя смалы з'яўляюцца вынікам кандэнсацыйнай палімерызацыі, якая адбываецца пры пакаёвай тэмпературы або пры награванні. Яны выкарыстоўваюцца ў клеях, фарбах і кампазітных матэрыялах, якія патрабуюць устойлівасці да награвання і хімічных рэчываў. Гэтыя тэрмарэактыўныя палімеры нельга пераплаўляць пасля зацвярдзення, у адрозненне ад тэрмапластычных палімераў.
Біямедыс
Палімеры, якія выкарыстоўваюцца ў біямедыцынскіх мэтах, уключаюць полілактыд (PLA) і полі(тэтрагідрафуран) (PTHF), якія выкарыстоўваюцца для стварэння біярассмоктвальных матэрыялаў для імплантатаў. Гэтыя палімеры прызначаны для біяраскладання ў арганізме, што змяншае неабходнасць паўторнага хірургічнага выдалення.
Электраактыўныя матэрыялы
Электраактыўныя палімеры — гэта палімеры, якія змяняюць форму пад уздзеяннем электрычнага поля і звычайна выкарыстоўваюцца ў прывадных прыладах і датчыках. Прыкладамі з'яўляюцца полі(3,4-этылендыаксітыафен) (PEDOT), які выкарыстоўваецца ў электронных прыладах, такіх як сэнсарныя экраны.
Выснова
Рэакцыі палімерызацыі — гэта фундаментальныя хімічныя працэсы ў сучаснай хімічнай прамысловасці, якія адкрываюць шлях для шырокага спектру прадуктаў і прымяненняў, якія змяняюць наша паўсядзённае жыццё. Разумеючы механізмы і тыпы палімерызацыі, а таксама іх прымяненне, мы можам распрацоўваць новыя матэрыялы з палепшанымі ўласцівасцямі для будучых патрэб. Дадацыйная палімерызацыя і кандэнсацыйная палімерызацыя адыгрываюць унікальную ролю ў фарміраванні гэтых матэрыялаў, і навука працягвае развівацца, каб адкрываць новыя спосабы аптымізацыі гэтых працэсаў і знаходзіць інавацыйныя прымяненні для палімераў.
