Полимержих урвал
Пендахулуан
Полимер гэдэг нь мономер гэж нэрлэгддэг давтагдах нэгжүүдээс бүрдсэн том, урт гинжин молекулуудаас бүрдсэн химийн нэгдлүүд юм. Полимержилт гэдэг нь эдгээр мономерууд нэгдэж полимер үүсгэдэг химийн процесс юм. Энэ процесс нь химийн салбарт чухал ач холбогдолтой бөгөөд хуванцар, резин, синтетик утас зэрэг төрөл бүрийн үнэ цэнэтэй материал үүсэхэд хувь нэмэр оруулдаг.
Энэхүү нийтлэл нь полимержих урвалын механизм, төрөл, хэрэглээг тайлбарлах зорилготой юм. Полимержих процессууд нь нэмэлт полимержилт ба конденсацийн полимержилт гэсэн хоёр үндсэн ангилалтай янз бүрийн механизмаар явагдаж болно.
Полимержилтийн төрлүүд
Нэмэлт полимержилт
Нэмэлт полимержилт гэдэг нь давхар эсвэл гурвалсан холбоо бүхий мономерууд дайвар бүтээгдэхүүн үүсгэхгүйгээр полимер үүсгэх процесс юм. Энэ төрлийн полимержилтээр үүссэн полимерүүдийг нэмэлт полимер гэж нэрлэдэг.
Лангка-лангка:
1. Эхлэл: Эхлүүлэгч нь мономер дахь давхар холбоог таслах чадвартай чөлөөт радикалууд, ионууд эсвэл катализаторуудыг үүсгэх үед урвал эхэлдэг.
2. Үржих: Үүссэн чөлөөт радикалууд буюу ионууд нь мономеруудтай урвалд орж, бусад мономеруудтай урвалд орж чадах шинэ идэвхтэй үзүүрүүдийг үүсгэдэг.
3. Төгсгөл: Хоёр чөлөөт радикал уулзаж ковалент холбоо үүсгэх эсвэл өөр ямар нэгэн механизм тархалтыг зогсоох үед урвал зогсдог.
Жишээ:
– Поли(этилен): Этилен мономер (C2H4) нь чөлөөт радикалуудын гинжин хэлхээгээр урвалд орж поли(этилен) үүсгэдэг.
– Поли(винилхлорид) (PVC): Винилхлоридын мономерууд (C2H3Cl) нь эхлүүлэх, тархах, төгсгөлийн үйл явцаар холбогддог.
Конденсацийн полимержилт
Конденсацийн полимержилт нь дор хаяж хоёр урвалд ордог функциональ бүлэгтэй мономеруудыг хамардаг бөгөөд ус эсвэл метанол зэрэг дайвар бүтээгдэхүүн гарган полимер үүсгэдэг.
Лангка-лангка:
1. Эхлэл: Урвалд ордог функциональ бүлгүүдтэй мономерууд хоорондоо урвалд ордог.
2. Үүсэх: Мономеруудын хооронд холбоо үүсэх бөгөөд энэ нь H2O эсвэл HCl зэрэг хөнгөн молекулуудын ялгаралтыг дагалддаг.
3. Гинжин хэлхээний өсөлт: Энэ процесс нь мономерууд дуусах эсвэл урвалын нөхцөл тааламжгүй болох хүртэл үргэлжилнэ.
Жишээ:
– Нейлон-6,6: Гексаметилендиамин ба адипины хүчлийн хоорондох урвалаар үүсгэгддэг бөгөөд энэ нь усыг дайвар бүтээгдэхүүн болгон үүсгэдэг.
– Полиэстер: Терефталийн хүчил ба этилен гликолын хоорондох урвалд усыг дайвар бүтээгдэхүүн болгон ашигласнаар үүссэн.
Полимержих механизм
Чөлөөт радикал полимержилт
Чөлөөт радикал полимержилт нь хамгийн түгээмэл нэмэлт полимержилтийн механизмуудын нэг юм. Энэ үйл явц нь ихэвчлэн дулааны эсвэл фотоинициализациар дамжуулан өндөр урвалд ордог чөлөөт радикалууд үүсэхээс эхэлдэг.
1. Эхлэл: Бензоил хэт исэл эсвэл азобизисобутиронитрил (AIBN) зэрэг эхлэл үүсгэгч молекулууд задраад чөлөөт радикалууд үүсдэг.
\[ \text{(Тайлбар, AIBN) → 2 \cdot (Радикал, )} \]
2. Үржих: Чөлөөт радикалууд нь мономеруудтай урвалд орж, сунасан мономер радикалууд үүсгэдэг:
\[ \text{(Радикал + Мономер) → (R-Полимер)} \]
3. Төгсгөл: Хоёр чөлөөт радикалууд нэгдэж радикал бус молекул үүсгэж, гинжин урвалыг зогсооно:
\[ \text{(R + R ) → Радикал бус бүтээмжтэй} \]
Ионы полимержилт
Энэхүү полимержилт нь ион (катион эсвэл анион)-ыг урвалд ордог зүйл болгон үүсгэхийг хэлнэ. Ионы полимержилтийг мөн хоёр үндсэн төрөлд хувааж болно, тухайлбал:
– Катион полимержилт: Катион зүйлийг инициатор болгон ашигладаг. Ихэвчлэн изобутилен зэрэг электрон хандивлагч бүлэгтэй мономеруудтай хамт хэрэглэдэг.
– Анионик полимержилт: Сөрөг цэнэгтэй ионууд (анионууд)-ыг санаачлагч болгон ашигладаг. Стирол зэрэг электрон хүлээн авдаг бүлэгтэй мономерууд дээр ашигладаг.
Зохицуулалтын полимержилт
Энэ төрлийн полимержилтийг шилжилтийн металлын цогцолбор катализаторууд зуучилдаг бөгөөд үүний нэг жишээ бол стерео-ердийн полиэтилен ба полипропилен хийхэд ашигладаг Зиглер-Натта полимержилт юм.
1. Катализаторууд: Титан хлорид зэрэг шилжилтийн металлуудыг хөнгөн цагаан триэтил (AlEt3) зэрэг органик металлын нэгдлүүдтэй хамт хэрэглэдэг.
2. Урвал: Мономерууд металлын цогцолборын идэвхтэй байрлалд нэгддэг.
Полимержилтийн хэрэглээ
Хуванцар үйлдвэрлэл
Хуванцар бол хамгийн алдартай бөгөөд өргөн хэрэглэгддэг полимер бүтээгдэхүүн юм. Тэдгээрийг нэмэх болон конденсацийн полимержих процессоор хийдэг. Хуванцар полимержих нийтлэг бүтээгдэхүүний жишээнд полиэтилен, полипропилен, PVC, PET (полиэтилен терефталат) орно. Хуванцарыг сав баглаа боодол, тоглоом, хоолой болон бусад олон төрлийн хэрэглээний бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд ашигладаг.
Шилэн материал
Нейлон, полиэстр зэрэг синтетик утаснууд нь конденсацийн полимержилтийн үр дүн юм. Эдгээрийг нэхмэл эдлэл, хувцас, хивс, олс зэрэг гэр ахуйн эд зүйлс үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Утаснуудыг ихэвчлэн бат бөх, элэгдэлд тэсвэртэй, уян хатан чанараар нь сонгодог.
Синтетик резин
Полибутадиен ба стирол-бутадиен (SBR) зэрэг синтетик резинүүд нь диен агуулсан мономеруудын нэмэлт полимержилтийн бүтээгдэхүүн юм. Эдгээр резинүүдийг элэгдэл, деформацид тэсвэртэй тул тээврийн хэрэгслийн дугуй, жийргэвч болон янз бүрийн үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд ашигладаг.
Эпокси давирхай ба термосет полимерүүд
Эпокси давирхай нь өрөөний температурт эсвэл халаах үед үүсдэг конденсацийн полимержилтийн үр дүн юм. Эдгээрийг халуунд болон химийн бодист тэсвэртэй байх шаардлагатай цавуу, будаг, нийлмэл материалд ашигладаг. Эдгээр термопластик полимерүүдээс ялгаатай нь хатуурсны дараа дахин хайлуулах боломжгүй юм.
Биомедис
Биоанагаахын хэрэглээнд ашиглагддаг полимерүүдэд био шингээлттэй суулгацын материалыг бий болгоход ашигладаг полилактид (PLA) болон поли(тетрагидрофуран) (PTHF) орно. Эдгээр полимерүүд нь бие махбодид био задралд орох зориулалттай бөгөөд хоёр дахь мэс заслын аргаар авах хэрэгцээг бууруулдаг.
Цахилгаан идэвхт материалууд
Цахилгаан идэвхтэй полимерүүд нь цахилгаан орны нөлөөн дор хэлбэрээ өөрчилдөг полимерүүд бөгөөд ихэвчлэн хөдөлгүүр болон мэдрэгчүүдэд ашиглагддаг. Жишээ нь мэдрэгчтэй дэлгэц зэрэг электрон төхөөрөмжид ашиглагддаг поли(3,4-этилендиокситиофен) (PEDOT) юм.
Дүгнэлт
Полимержих урвалууд нь орчин үеийн химийн үйлдвэрлэлийн үндсэн химийн процессууд бөгөөд бидний өдөр тутмын амьдралыг өөрчилдөг олон төрлийн бүтээгдэхүүн, хэрэглээний замыг нээж өгдөг. Полимержих механизм, төрлүүд, түүнчлэн тэдгээрийн хэрэглээг ойлгосноор бид ирээдүйн хэрэгцээнд зориулж сайжруулсан шинж чанартай шинэ материалыг боловсруулж чадна. Нэмэлт полимержилт ба конденсацийн полимержилт нь эдгээр материалын үүсэлд өвөрмөц үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд шинжлэх ухаан эдгээр процессыг оновчтой болгох, полимерүүдийн шинэлэг хэрэглээг олох шинэ аргуудыг нээн илрүүлэхийн тулд үргэлжлүүлэн хөгжиж байна.
