Реакција полимеризације
Пендахулуан
Полимери су хемијска једињења састављена од великих, дуголанчаних молекула састављених од понављајућих јединица које се називају мономери. Полимеризација је хемијски процес којим се ови мономери комбинују и формирају полимере. Овај процес је кључан у хемијској индустрији и доприноси стварању разних вредних материјала, укључујући пластику, гуму и синтетичка влакна.
Овај чланак има за циљ да опише механизме, врсте и примене реакција полимеризације. Процеси полимеризације могу се одвијати кроз различите механизме, са две главне категорије: адициона полимеризација и кондензациона полимеризација.
Врсте полимеризације
Адициона полимеризација
Адициона полимеризација је процес у коме мономери са двоструким или троструким везама реагују и формирају полимер без стварања нуспроизвода. Полимери произведени овом врстом полимеризације називају се адициони полимери.
Кораци:
1. Иницијација: Реакција почиње када иницијатор производи слободне радикале, јоне или катализаторе који могу да разбију двоструке везе у мономерима.
2. Ширење: Настали слободни радикали или јони реагују са мономерима, стварајући нове активне крајеве који могу реаговати са другим мономерима.
3. Завршетак: Реакција се зауставља када се два слободна радикала сретну и формирају ковалентну везу или када неки други механизам заустави ширење.
Контох:
– Поли(етилен): Етиленски мономер (C2H4) реагује преко ланца слободних радикала и формира поли(етилен).
– Поли(винилхлорид) (PVC): Мономери винилхлорида (C2H3Cl) се спајају путем иницијације, пропагације и терминације.
Кондензациона полимеризација
Кондензациона полимеризација укључује мономере који имају најмање две реактивне функционалне групе и формирају полимер са излазом нуспроизвода, као што су вода или метанол.
Кораци:
1. Иницијација: Мономери који имају реактивне функционалне групе реагују једни са другима.
2. Формирање: Формирање веза између мономера, праћено ослобађањем лаких молекула, као што су H2O или HCl.
3. Раст ланца: Овај процес се наставља док се мономери не потроше или услови реакције више нису повољни.
Контох:
– Најлон-6,6: Направљен реакцијом између хексаметилендиамина и адипинске киселине, при чему се као нуспроизвод добија вода.
– Полиестер: Настаје реакцијом између терефталне киселине и етилен гликола, са водом као нуспроизводом.
Механизам полимеризације
Полимеризација слободних радикала
Полимеризација слободних радикала један је од најчешћих механизама адиционе полимеризације. Овај процес почиње формирањем високо реактивних слободних радикала, обично путем термичке или фотоиницијације.
1. Иницијација: Молекули иницијатора као што су бензоил пероксид или азобисизобутиронитрил (AIBN) се разлажу да би се произвели слободни радикали.
\[ \text{(Напомена, AIBN) → 2 \cdot (Радикални, )} \]
2. Ширење: Слободни радикали реагују са мономерима и формирају продужене мономерне радикале:
\[ \text{(Радикал + Мономер) → (R-Полимер)} \]
3. Завршетак: Два слободна радикала се комбинују и формирају нерадикални молекул и заустављају ланчану реакцију:
\[ \text{(R + R ) → Нерадикално продуктивно} \]
Јонска полимеризација
Ова полимеризација подразумева формирање јона (катјона или ањона) као реактивних врста. Јонска полимеризација се такође може поделити на два главна типа, наиме:
– Катјонска полимеризација: Укључује катјонску врсту као иницијатор. Типично се користи са мономерима који имају електронодонорске групе као што је изобутилен.
– Анјонска полимеризација: Укључује негативно наелектрисане јоне (ањоне) као иницијаторе. Користи се на мономерима који имају групе које прихватају електроне, као што је стирен.
Координациона полимеризација
Ова врста полимеризације је посредована катализаторима комплекса прелазних метала, пример је Циглер-Ната полимеризација која се користи за производњу стереорегуларног полиетилена и полипропилена.
1. Катализатори: Прелазни метали као што је титанијум хлорид користе се заједно са органометалним једињењима као што је алуминијум триетил (AlEt3).
2. Реакција: Мономери се комбинују на активној позицији металног комплекса.
Примене полимеризације
Пластична индустрија
Пластика је најпознатији и широко коришћени полимерни производи. Производи се процесима адиционе и кондензационе полимеризације. Примери уобичајених производа пластичне полимеризације укључују полиетилен, полипропилен, ПВЦ и ПЕТ (полиетилен терефталат). Пластика се користи у производњи амбалаже, играчака, цеви и разних других потрошачких производа.
Влакнасти материјал
Синтетичка влакна попут најлона и полиестера резултат су кондензационе полимеризације. Користе се у производњи текстила, одеће и кућних предмета попут тепиха и конопаца. Влакна се често бирају због своје чврстоће, отпорности на хабање и еластичности.
Синтетичка гума
Синтетичке гуме, као што су полибутадиен и стирен-бутадиен (SBR), су производи адиционе полимеризације мономера који садрже диен. Ове гуме се користе у производњи возилних гума, заптивача и разних индустријских примена због своје отпорности на хабање и деформацију.
Епоксидне смоле и термореактивни полимери
Епоксидне смоле су резултат кондензационе полимеризације која се одвија на собној температури или загревањем. Користе се у лепковима, бојама и композитним материјалима који захтевају отпорност на топлоту и хемикалије. Ови термореактивни полимери се не могу поново топити након очвршћавања, за разлику од термопластичних полимера.
Биомедис
Полимери који се користе у биомедицинским применама укључују полилактид (PLA) и поли(тетрахидрофуран) (PTHF), који се користе за стварање биоразградивих материјала за имплантате. Ови полимери су дизајнирани да се биоразграде у телу, смањујући потребу за другим хируршким уклањањем.
Електроактивни материјали
Електроактивни полимери су полимери који мењају облик под утицајем електричног поља, обично се користе у актуаторима и сензорима. Примери укључују поли(3,4-етилендиокситиофен) (PEDOT), који се користи у електронским уређајима као што су екрани осетљиви на додир.
Закључак
Реакције полимеризације су фундаментални хемијски процеси у савременој хемијској индустрији, отварајући пут широком спектру производа и примена које трансформишу наш свакодневни живот. Разумевањем механизама и врста полимеризације, као и њихове примене, можемо развити нове материјале са побољшаним својствима за будуће потребе. Адициона полимеризација и кондензациона полимеризација играју јединствене улоге у формирању ових материјала, а наука наставља да напредује како би открила нове начине за оптимизацију ових процеса и пронашла иновативне примене за полимере.
