Պոլիմերացման ռեակցիա

Պոլիմերացման ռեակցիա

Պենդահուլուան

Պոլիմերները քիմիական միացություններ են, որոնք կազմված են մեծ, երկար շղթայով մոլեկուլներից, որոնք կազմված են կրկնվող միավորներից, որոնք կոչվում են մոնոմերներ: Պոլիմերացումը քիմիական գործընթաց է, որի միջոցով այս մոնոմերները միավորվում են՝ առաջացնելով պոլիմերներ: Այս գործընթացը կարևոր է քիմիական արդյունաբերության մեջ և նպաստում է բազմազան արժեքավոր նյութերի, այդ թվում՝ պլաստմասսայի, ռետինի և սինթետիկ մանրաթելերի ձևավորմանը:

Այս հոդվածի նպատակն է նկարագրել պոլիմերացման ռեակցիաների մեխանիզմները, տեսակները և կիրառությունները: Պոլիմերացման գործընթացները կարող են տեղի ունենալ տարբեր մեխանիզմներով՝ երկու հիմնական կատեգորիաներով՝ ավելացման պոլիմերացում և կոնդենսացիոն պոլիմերացում:

Պոլիմերացման տեսակները

Ավելացման պոլիմերացում

Ադմինիստրատիվ պոլիմերացումը գործընթաց է, որի ընթացքում կրկնակի կամ եռակի կապեր ունեցող մոնոմերները փոխազդում են՝ առաջացնելով պոլիմեր՝ առանց կողմնակի արգասիքներ առաջացնելու: Այս տեսակի պոլիմերացման միջոցով ստացված պոլիմերները կոչվում են ադմինիստրատիվ պոլիմերներ:

Քայլեր:

1. Սկիզբ. Ռեակցիան սկսվում է, երբ նախաձեռնողը առաջացնում է ազատ ռադիկալներ, իոններ կամ կատալիզատորներ, որոնք կարող են խզել մոնոմերների կրկնակի կապերը։
2. Տարածում. Առաջացած ազատ ռադիկալները կամ իոնները փոխազդում են մոնոմերների հետ՝ ստեղծելով նոր ակտիվ ծայրեր, որոնք կարող են փոխազդել այլ մոնոմերների հետ։
3. Ավարտ. Ռեակցիան դադարում է, երբ երկու ազատ ռադիկալներ հանդիպում են և կովալենտ կապ են առաջացնում, կամ երբ որևէ այլ մեխանիզմ դադարեցնում է տարածումը։

Contoh:
– Պոլի(էթիլեն). Էթիլենի մոնոմերը (C2H4) փոխազդում է ազատ ռադիկալների շղթայի միջոցով՝ առաջացնելով պոլի(էթիլեն):
– Պոլիվինիլքլորիդ (PVC): Վինիլքլորիդի մոնոմերները (C2H3Cl) միանում են սկզբնավորման, տարածման և ավարտման միջոցով:

Կոնդենսացիոն պոլիմերացում

Կոնդենսացիոն պոլիմերացումը ներառում է մոնոմերներ, որոնք ունեն առնվազն երկու ռեակտիվ ֆունկցիոնալ խումբ և առաջացնում են պոլիմեր՝ ենթամթերքի, օրինակ՝ ջրի կամ մեթանոլի, ստացմամբ։

Քայլեր:

1. Սկզբնավորում. Ռեակտիվ ֆունկցիոնալ խմբեր ունեցող մոնոմերները փոխազդում են միմյանց հետ։
2. Առաջացում. Մոնոմերների միջև կապերի առաջացում, որն ուղեկցվում է թեթև մոլեկուլների, ինչպիսիք են H2O-ն կամ HCl-ը, արտազատմամբ։
3. Շղթայական աճ. Այս գործընթացը շարունակվում է մինչև մոնոմերները սպառվեն կամ ռեակցիայի պայմանները այլևս բարենպաստ չեն։

Contoh:
– Նեյլոն-6,6: Ստացվում է հեքսամեթիլենդիամինի և ադիպինաթթվի միջև փոխազդեցությունից, որի արդյունքում որպես ենթամթերք առաջանում է ջուր:
– Պոլիեսթեր։ Ստացվում է տերեֆտալաթթվի և էթիլենգլիկոլի ռեակցիայից, որի ենթամթերքը ջուրն է։

Պոլիմերացման մեխանիզմ

Ազատ ռադիկալ պոլիմերացում

Ազատ ռադիկալային պոլիմերացումը ադիցիոն պոլիմերացման ամենատարածված մեխանիզմներից մեկն է։ Այս գործընթացը սկսվում է բարձր ռեակտիվ ազատ ռադիկալների առաջացմամբ, սովորաբար ջերմային կամ ֆոտոինիցիացիայի միջոցով։

1. Նախաձեռնում. Նախաձեռնող մոլեկուլները, ինչպիսիք են բենզոիլ պերօքսիդը կամ ազոբիսիզոբուտիրոնիտրիլը (AIBN), քայքայվում են՝ առաջացնելով ազատ ռադիկալներ:
\[ \text{(Նշում, AIBN) → 2 \cdot (Ռադիկալ, )} \]

2. Տարածում. Ազատ ռադիկալները փոխազդում են մոնոմերների հետ՝ առաջացնելով ընդլայնված մոնոմերային ռադիկալներ։
\[ \text{(Ռադիկալ + Մոնոմեր) → (R-Պոլիմեր)} \]

3. Ավարտ. Երկու ազատ ռադիկալներ միանում են՝ առաջացնելով ոչ ռադիկալ մոլեկուլ և դադարեցնելով շղթայական ռեակցիան։
\[ \text{(R + R ) → Ոչ ռադիկալ արտադրողական} \]

Իոնային պոլիմերացում

Այս պոլիմերացումը ներառում է իոնների (կատիոնների կամ անիոնների) առաջացում՝ որպես ռեակտիվ տեսակներ: Իոնային պոլիմերացումը կարելի է բաժանել նաև երկու հիմնական տեսակի՝

– Կատիոնային պոլիմերացում. որպես նախաձեռնող ներառում է կատիոնային տեսակ: Սովորաբար օգտագործվում է էլեկտրոն դոնոր խմբեր ունեցող մոնոմերների հետ, ինչպիսին է իզոբուտիլենը:
– Անիոնային պոլիմերացում. որպես նախաձեռնողներ ներառում է բացասական լիցքավորված իոններ (անիոններ): Օգտագործվում է էլեկտրոն ընդունող խմբեր ունեցող մոնոմերների վրա, ինչպիսին է ստիրոլը:

Կոորդինացիոն պոլիմերացում

Այս տեսակի պոլիմերացումը միջնորդվում է անցումային մետաղների կոմպլեքսային կատալիզատորներով, որոնց օրինակ է Զիգլեր-Նատտայի պոլիմերացումը, որն օգտագործվում է ստերեո-ռեգուլյար պոլիէթիլեն և պոլիպրոպիլեն ստանալու համար։

1. Կատալիզատորներ. Անցումային մետաղները, ինչպիսիք են տիտանի քլորիդը, օգտագործվում են օրգանոմետաղական միացությունների, ինչպիսիք են ալյումինի տրիէթիլը (AlEt3), հետ համատեղ։
2. Ռեակցիա. Մոնոմերները միանում են մետաղական կոմպլեքսի ակտիվ դիրքում։

Պոլիմերացման կիրառություններ

Պլաստմասե արդյունաբերություն

Պլաստմասսաները ամենահայտնի և լայնորեն օգտագործվող պոլիմերային արտադրանքներն են: Դրանք պատրաստվում են ավելացման և խտացման պոլիմերացման գործընթացների միջոցով: Պլաստմասսաների պոլիմերացման տարածված արտադրանքի օրինակներից են պոլիէթիլենը, պոլիպրոպիլենը, ՊՎՔ-ն և ՊԷՏ-ը (պոլիէթիլեն տերեֆտալատ): Պլաստմասսաները օգտագործվում են փաթեթավորման, խաղալիքների, խողովակների և մի շարք այլ սպառողական ապրանքների արտադրության մեջ:

Մանրաթելային նյութ

Սինթետիկ մանրաթելերը, ինչպիսիք են նեյլոնը և պոլիեսթերը, խտացման պոլիմերացման արդյունք են: Դրանք օգտագործվում են տեքստիլի, հագուստի և կենցաղային իրերի, ինչպիսիք են գորգերը և պարանները, արտադրության մեջ: Մանրաթելերը հաճախ ընտրվում են իրենց ամրության, քայքայման դիմադրության և առաձգականության համար:

Սինթետիկ կաուչուկ

Սինթետիկ կաուչուկները, ինչպիսիք են պոլիբութադիենը և ստիրոլ-բութադիենը (SBR), դիեն պարունակող մոնոմերների ավելացման պոլիմերացման արգասիքներ են: Այս կաուչուկները օգտագործվում են տրանսպորտային միջոցների անվադողերի, կնիքների արտադրության մեջ և տարբեր արդյունաբերական կիրառություններում՝ քայքայման և դեֆորմացիայի նկատմամբ իրենց դիմադրողականության շնորհիվ:

Էպօքսիդային խեժեր և ջերմակայուն պոլիմերներ

Էպօքսիդային խեժերը խտացման պոլիմերացման արդյունք են, որը տեղի է ունենում սենյակային ջերմաստիճանում կամ տաքացման միջոցով: Դրանք օգտագործվում են սոսինձներում, ներկերում և կոմպոզիտային նյութերում, որոնք պահանջում են ջերմության և քիմիական նյութերի նկատմամբ դիմադրություն: Այս ջերմակայուն պոլիմերները չեն կարող վերահալվել կարծրացումից հետո, ի տարբերություն ջերմապլաստիկ պոլիմերների:

Biomedis

Կենսաբժշկական կիրառություններում օգտագործվող պոլիմերներից են պոլիլակտիդը (PLA) և պոլի(տետրահիդրոֆուրանը) (PTHF), որոնք օգտագործվում են կենսաներծծվող իմպլանտային նյութեր ստեղծելու համար: Այս պոլիմերները նախատեսված են օրգանիզմում կենսաքայքայվելու համար, ինչը նվազեցնում է երկրորդ վիրաբուժական հեռացման անհրաժեշտությունը:

Էլեկտրաակտիվ նյութեր

Էլեկտրաակտիվ պոլիմերները պոլիմերներ են, որոնք փոխում են իրենց ձևը էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ և սովորաբար օգտագործվում են ակտուատորներում և սենսորներում: Օրինակներ են պոլի(3,4-էթիլենդիօքսիթիոֆենը) (PEDOT), որն օգտագործվում է էլեկտրոնային սարքերում, ինչպիսիք են սենսորային էկրանները:

Եզրակացություն

Պոլիմերացման ռեակցիաները ժամանակակից քիմիական արդյունաբերության հիմնարար քիմիական գործընթացներ են, որոնք ճանապարհ են հարթում մեր առօրյա կյանքը վերափոխող լայն տեսականի արտադրանքի և կիրառությունների համար: Հասկանալով պոլիմերացման մեխանիզմներն ու տեսակները, ինչպես նաև դրանց կիրառությունները, մենք կարող ենք մշակել նոր նյութեր՝ բարելավված հատկություններով ապագա կարիքների համար: Ավելցման պոլիմերացումը և կոնդենսացիոն պոլիմերացումը յուրահատուկ դեր են խաղում այս նյութերի ձևավորման գործում, և գիտությունը շարունակում է զարգանալ՝ հայտնաբերելու այս գործընթացները օպտիմալացնելու նոր եղանակներ և գտնելու պոլիմերների նորարարական կիրառություններ: