Полимерлену реакциясы
Пендахулуан
Полимерлер - мономерлер деп аталатын қайталанатын бірліктерден тұратын ірі, ұзын тізбекті молекулалардан тұратын химиялық қосылыстар. Полимерлену - бұл мономерлер полимерлерді түзу үшін бірігетін химиялық процесс. Бұл процесс химия өнеркәсібінде өте маңызды және пластмассалар, резеңке және синтетикалық талшықтар сияқты әртүрлі бағалы материалдардың түзілуіне ықпал етеді.
Бұл мақала полимерлену реакцияларының механизмдерін, түрлерін және қолданылуын сипаттауға бағытталған. Полимерлену процестері әртүрлі механизмдер арқылы жүруі мүмкін, олардың екі негізгі санаты бар: қосу полимерленуі және конденсациялық полимерленуі.
Полимерлену түрлері
Қосымша полимерлеу
Қосу полимерленуі – қос немесе үштік байланыстары бар мономерлер қосымша өнімдер түзбей полимер түзу үшін әрекеттесетін процесс. Полимерленудің бұл түрі арқылы түзілетін полимерлер қосымша полимерлер деп аталады.
Лангка-лангка:
1. Басталу: Реакция инициатор мономерлерде қос байланыстарды үзе алатын бос радикалдарды, иондарды немесе катализаторларды түзген кезде басталады.
2. Көбеюі: Түзілген бос радикалдар немесе иондар мономерлермен әрекеттесіп, басқа мономерлермен әрекеттесе алатын жаңа белсенді ұштар түзеді.
3. Аяқталуы: Реакция екі бос радикал кездесіп, коваленттік байланыс түзгенде немесе басқа механизм таралуды тоқтатқанда тоқтайды.
Мысал:
– Поли(этилен): Этилен мономері (C2H4) бос радикалдар тізбегі арқылы әрекеттесіп, поли(этилен) түзеді.
– Поли(винилхлорид) (ПВХ): Винилхлорид мономерлері (C2H3Cl) инициация, таралу және терминация арқылы қосылады.
Конденсациялық полимерлеу
Конденсациялық полимерлену кем дегенде екі реактивті функционалдық тобы бар және су немесе метанол сияқты қосымша өнім шығаратын полимер түзетін мономерлерді қамтиды.
Лангка-лангка:
1. Бастама: Реактивті функционалды топтары бар мономерлер бір-бірімен әрекеттеседі.
2. Түзілуі: Мономерлер арасында байланыстардың түзілуі, H2O немесе HCl сияқты жеңіл молекулалардың бөлінуімен қатар жүреді.
3. Тізбектің өсуі: Бұл процесс мономерлер таусылғанша немесе реакция жағдайлары қолайлы болмағанша жалғасады.
Мысал:
– Нейлон-6,6: Гексаметилендиамин мен адип қышқылының арасындағы реакциядан жасалған, нәтижесінде қосымша өнім ретінде су түзіледі.
– Полиэстер: терефталь қышқылы мен этиленгликольдің жанама өнім ретінде сумен әрекеттесуінен түзіледі.
Полимерлену механизмі
Еркін радикалды полимерлену
Бос радикалды полимерлену - ең көп таралған қосымша полимерлену механизмдерінің бірі. Бұл процесс әдетте термиялық немесе фотоинициализация арқылы жоғары реактивті бос радикалдардың түзілуінен басталады.
1. Бастау: Бензоил пероксиді немесе азобизисобутиронитрил (AIBN) сияқты бастамашы молекулалар бос радикалдарды түзу үшін ыдырайды.
\[ \text{(Ескерту, AIBN) → 2 \cdot (Түбірлі, )} \]
2. Көбеюі: Бос радикалдар мономерлермен әрекеттесіп, созылған мономер радикалдарын түзеді:
\[ \text{(Радикал + Мономер) → (R-полимер)} \]
3. Терминация: Екі бос радикал бірігіп, радикалды емес молекула түзеді және тізбекті реакцияны тоқтатады:
\[ \text{(R + R ) → Радикалды емес өнімділік} \]
Иондық полимерлену
Бұл полимерлену иондардың (катиондар немесе аниондар) реактивті түрлер ретінде түзілуін қамтиды. Иондық полимерленуді екі негізгі түрге бөлуге болады, атап айтқанда:
– Катиондық полимерлену: Бастамашы ретінде катиондық түрді қамтиды. Әдетте изобутилен сияқты электрон донорлық топтары бар мономерлермен қолданылады.
– Аниондық полимерлену: Теріс зарядталған иондарды (аниондарды) инициатор ретінде пайдаланады. Стирол сияқты электрон қабылдайтын топтары бар мономерлерде қолданылады.
Координациялық полимерлеу
Полимерлеудің бұл түрі өтпелі металл кешенінің катализаторлары арқылы жүзеге асады, мысалы, стереорегулярлы полиэтилен мен полипропилен жасау үшін қолданылатын Циглер-Натта полимерленуі.
1. Катализаторлар: Титан хлориді сияқты өтпелі металдар алюминий триэтилі (AlEt3) сияқты органометалл қосылыстарымен бірге қолданылады.
2. Реакция: Мономерлер металл кешенінің белсенді позициясында бірігеді.
Полимерлеуді қолдану
Пластик өнеркәсібі
Пластмассалар ең танымал және кеңінен қолданылатын полимер өнімдері болып табылады. Олар қосу және конденсациялау полимерлеу процестері арқылы жасалады. Пластмасса полимерлеу өнімдерінің кең таралған мысалдарына полиэтилен, полипропилен, ПВХ және ПЭТ (полиэтилентерефталат) жатады. Пластмассалар қаптама, ойыншықтар, құбырлар және басқа да тұтынушылық өнімдер өндірісінде қолданылады.
Талшық материалы
Нейлон және полиэстер сияқты синтетикалық талшықтар конденсация полимерленуінің нәтижесі болып табылады. Олар тоқыма бұйымдарын, киім-кешектерді және кілемдер мен арқан сияқты тұрмыстық заттарды өндіруде қолданылады. Талшықтар көбінесе беріктігі, тозуға төзімділігі және серпімділігі үшін таңдалады.
Синтетикалық каучук
Полибутадиен және стирол-бутадиен (SBR) сияқты синтетикалық каучуктер диен құрамдас мономерлердің қосымша полимерленуінің өнімдері болып табылады. Бұл каучуктер тозуға және деформацияға төзімділігіне байланысты көлік шиналарын, тығыздағыштарын және әртүрлі өнеркәсіптік қолданбаларды өндіруде қолданылады.
Эпоксидті шайырлар және термосет полимерлері
Эпоксидті шайырлар бөлме температурасында немесе қыздыру кезінде пайда болатын конденсациялық полимерленудің нәтижесі болып табылады. Олар жылу мен химиялық заттарға төзімділікті қажет ететін желімдерде, бояуларда және композиттік материалдарда қолданылады. Термопластикалық полимерлерден айырмашылығы, бұл термореактивті полимерлерді қатайғаннан кейін қайта балқыту мүмкін емес.
Biomedis
Биомедициналық қолданбаларда қолданылатын полимерлерге биорезорбцияланатын имплант материалдарын жасау үшін қолданылатын полилактид (PLA) және поли(тетрагидрофуран) (PTHF) жатады. Бұл полимерлер денеде биоыдырауға арналған, бұл екінші хирургиялық алып тастау қажеттілігін азайтады.
Электроактивті материалдар
Электроактивті полимерлер - электр өрісінің әсерінен пішінін өзгертетін полимерлер, әдетте жетектер мен сенсорларда қолданылады. Мысал ретінде сенсорлық экрандар сияқты электрондық құрылғыларда қолданылатын поли(3,4-этилендиокситиофен) (PEDOT) жатады.
Қорытынды
Полимерлеу реакциялары қазіргі заманғы химия өнеркәсібіндегі негізгі химиялық процестер болып табылады, күнделікті өмірімізді өзгертетін өнімдер мен қолданбалардың кең ауқымына жол ашады. Полимерленудің механизмдері мен түрлерін, сондай-ақ олардың қолданылуын түсіну арқылы біз болашақ қажеттіліктер үшін жақсартылған қасиеттері бар жаңа материалдарды жасай аламыз. Қосымша полимерлену және конденсациялық полимерлену әрқайсысы осы материалдардың түзілуінде ерекше рөл атқарады, және ғылым бұл процестерді оңтайландырудың жаңа жолдарын ашу және полимерлердің инновациялық қолданыстарын табу үшін алға жылжуды жалғастыруда.
