Polimerizatsiya reaksiyasi
Pendahuluan
Polimerlar - bu monomerlar deb ataladigan takrorlanuvchi birliklardan tashkil topgan katta, uzun zanjirli molekulalardan tashkil topgan kimyoviy birikmalar. Polimerizatsiya - bu monomerlar birlashib polimerlarni hosil qiladigan kimyoviy jarayon. Bu jarayon kimyo sanoatida juda muhim va plastmassa, kauchuk va sintetik tolalar kabi turli xil qimmatli materiallarning shakllanishiga hissa qo'shadi.
Ushbu maqola polimerlanish reaksiyalarining mexanizmlari, turlari va qo'llanilishini tavsiflashga qaratilgan. Polimerlanish jarayonlari turli mexanizmlar orqali sodir bo'lishi mumkin, ikkita asosiy toifaga bo'linadi: qo'shimcha polimerlanish va kondensatsiya polimerizatsiyasi.
Polimerizatsiya turlari
Qo'shimcha polimerizatsiya
Qo'shimcha polimerizatsiya - bu ikki yoki uch tomonlama bog'lanishlarga ega monomerlar qo'shimcha mahsulotlar hosil qilmasdan polimer hosil qilish uchun reaksiyaga kirishadigan jarayon. Ushbu turdagi polimerizatsiya natijasida hosil bo'lgan polimerlar qo'shimcha polimerlar deb ataladi.
Langkah-langkah:
1. Boshlash: Reaksiya initsiator monomerlardagi qo'shaloq bog'lanishlarni uzishi mumkin bo'lgan erkin radikallar, ionlar yoki katalizatorlarni hosil qilganda boshlanadi.
2. Ko'payish: Hosil bo'lgan erkin radikallar yoki ionlar monomerlar bilan reaksiyaga kirishib, boshqa monomerlar bilan reaksiyaga kirisha oladigan yangi faol uchlarni hosil qiladi.
3. Terminatsiya: Reaksiya ikkita erkin radikal uchrashib, kovalent bog'lanish hosil qilganda yoki boshqa biron bir mexanizm tarqalishni to'xtatganda to'xtaydi.
Misol:
– Poli(etilen): Etilen monomeri (C2H4) erkin radikallar zanjiri orqali reaksiyaga kirishib, poli(etilen) hosil qiladi.
– Poli(vinilxlorid) (PVX): Vinilxlorid monomerlari (C2H3Cl) initsializatsiya, ko'payish va tugatish orqali birikadi.
Kondensatsiya polimerizatsiyasi
Kondensatsiya polimerizatsiyasi kamida ikkita reaktiv funktsional guruhga ega bo'lgan va suv yoki metanol kabi qo'shimcha mahsulot chiqishi bilan polimer hosil qiluvchi monomerlarni o'z ichiga oladi.
Langkah-langkah:
1. Boshlanish: Reaktiv funktsional guruhlarga ega bo'lgan monomerlar bir-biri bilan reaksiyaga kirishadilar.
2. Hosil bo'lishi: Monomerlar orasidagi bog'lanishlarning hosil bo'lishi, H2O yoki HCl kabi yengil molekulalarning ajralib chiqishi bilan birga keladi.
3. Zanjir o'sishi: Bu jarayon monomerlar tugaguncha yoki reaksiya sharoitlari endi qulay bo'lmaguncha davom etadi.
Misol:
– Neylon-6,6: Geksametilendiamin va adipik kislota o'rtasidagi reaksiya natijasida hosil bo'ladi, bu esa qo'shimcha mahsulot sifatida suv hosil qiladi.
– Poliester: Tereftalik kislota va etilen glikol o'rtasidagi reaksiya natijasida hosil bo'ladi, qo'shimcha mahsulot sifatida suv ishlatiladi.
Polimerizatsiya mexanizmi
Erkin radikal polimerizatsiya
Erkin radikal polimerizatsiya eng keng tarqalgan qo'shimcha polimerizatsiya mexanizmlaridan biridir. Bu jarayon odatda termal yoki fotoinitatsiya orqali yuqori reaktiv erkin radikallarning hosil bo'lishi bilan boshlanadi.
1. Boshlash: Benzoil peroksid yoki azobizisobutironitril (AIBN) kabi boshlovchi molekulalar erkin radikallarni hosil qilish uchun parchalanadi.
\[ \text{(Eslatma, AIBN) → 2 \cdot (Radikal, )} \]
2. Ko'payish: Erkin radikallar monomerlar bilan reaksiyaga kirishib, kengaytirilgan monomer radikallarini hosil qiladi:
\[ \text{(Radikal + Monomer) → (R-Polimer)} \]
3. Terminatsiya: Ikki erkin radikal birlashib, radikal bo'lmagan molekula hosil qiladi va zanjir reaksiyasini to'xtatadi:
\[ \text{(R + R) → Radikal bo'lmagan unumdor} \]
Ion polimerizatsiyasi
Bu polimerizatsiya ionlarning (kationlar yoki anionlar) reaktiv turlar sifatida shakllanishini o'z ichiga oladi. Ion polimerizatsiyasini ham ikkita asosiy turga bo'lish mumkin, ya'ni:
– Kationik polimerizatsiya: Kationik tur initsiator sifatida ishtirok etadi. Odatda izobutilen kabi elektron donor guruhlariga ega monomerlar bilan qo'llaniladi.
– Anion polimerizatsiyasi: Manfiy zaryadlangan ionlar (anionlar) initsialator sifatida ishtirok etadi. Stirol kabi elektron qabul qiluvchi guruhlarga ega monomerlarda qo'llaniladi.
Koordinatsion polimerizatsiya
Ushbu turdagi polimerizatsiya o'tish metall kompleks katalizatorlari orqali amalga oshiriladi, bunga misol sifatida stereo-regular polietilen va polipropilen ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan Ziegler-Natta polimerizatsiyasini keltirish mumkin.
1. Katalizatorlar: Titan xlorid kabi o'tish metallari alyuminiy trietil (AlEt3) kabi organometall birikmalar bilan birgalikda ishlatiladi.
2. Reaksiya: Monomerlar metall kompleksining faol pozitsiyasida birlashadi.
Polimerizatsiya dasturlari
Plastik sanoati
Plastmassalar eng taniqli va keng qo'llaniladigan polimer mahsulotlaridir. Ular qo'shish va kondensatsiya polimerizatsiya jarayonlari orqali tayyorlanadi. Keng tarqalgan plastik polimerizatsiya mahsulotlariga misollar sifatida polietilen, polipropilen, PVX va PET (polietilen tereftalat) kiradi. Plastmassalar qadoqlash, o'yinchoqlar, quvurlar va boshqa turli xil iste'mol mahsulotlarini ishlab chiqarishda qo'llaniladi.
Elyaf materiali
Neylon va poliester kabi sintetik tolalar kondensatsiya polimerizatsiyasi natijasidir. Ular to'qimachilik, kiyim-kechak va gilam va arqon kabi uy-ro'zg'or buyumlari ishlab chiqarishda qo'llaniladi. Tolalar ko'pincha mustahkamligi, aşınmaya bardoshliligi va elastikligi uchun tanlanadi.
Sintetik kauchuk
Polibutadien va stirol-butadien (SBR) kabi sintetik kauchuklar dien o'z ichiga olgan monomerlarning qo'shimcha polimerizatsiyasi mahsulotidir. Ushbu kauchuklar aşınma va deformatsiyaga chidamliligi tufayli avtomobil shinalari, muhrlari va turli sanoat qo'llanmalarini ishlab chiqarishda qo'llaniladi.
Epoksi qatronlar va termoset polimerlari
Epoksi qatronlar xona haroratida yoki qizdirilganda sodir bo'ladigan kondensatsiya polimerizatsiyasi natijasidir. Ular issiqlik va kimyoviy moddalarga chidamlilikni talab qiladigan yopishtiruvchi moddalar, bo'yoqlar va kompozit materiallarda qo'llaniladi. Termoplastik polimerlardan farqli o'laroq, bu termoset polimerlarini qattiqlashgandan keyin qayta eritib bo'lmaydi.
Biotibbiyot
Biotibbiy qo'llanmalarda ishlatiladigan polimerlar qatoriga biorezorbsiyalanuvchi implant materiallarini yaratish uchun ishlatiladigan polilaktid (PLA) va poli(tetrahidrofuran) (PTHF) kiradi. Bu polimerlar organizmda biologik parchalanish uchun mo'ljallangan bo'lib, ikkinchi jarrohlik yo'li bilan olib tashlash zaruratini kamaytiradi.
Elektroaktiv materiallar
Elektroaktiv polimerlar - bu elektr maydoni ta'sirida shaklini o'zgartiradigan polimerlar bo'lib, odatda aktuatorlar va sensorlarda qo'llaniladi. Misollar sifatida sensorli ekranlar kabi elektron qurilmalarda ishlatiladigan poli(3,4-etilendioksitiofen) (PEDOT) ni keltirish mumkin.
Xulosa
Polimerizatsiya reaksiyalari zamonaviy kimyo sanoatidagi asosiy kimyoviy jarayonlar bo'lib, kundalik hayotimizni o'zgartiradigan keng turdagi mahsulotlar va qo'llanmalar uchun yo'l ochib beradi. Polimerizatsiya mexanizmlari va turlarini, shuningdek, ularning qo'llanilishini tushunish orqali biz kelajakdagi ehtiyojlar uchun yaxshilangan xususiyatlarga ega yangi materiallarni ishlab chiqishimiz mumkin. Qo'shimcha polimerizatsiya va kondensatsiya polimerizatsiyasi bu materiallarning shakllanishida o'ziga xos rol o'ynaydi va fan bu jarayonlarni optimallashtirishning yangi usullarini kashf etish va polimerlar uchun innovatsion qo'llanmalarni topish uchun rivojlanishda davom etmoqda.
