Получение полимеров

В настоящее время наряду с природными материалами все большее значение приобретают синтетические полимеры. Выбор соответствующих исходных продуктов и условий процесса позволяет проводить направленный синтез высокомолекулярных соединений и получать их с заранее заданной структурой и необходимым комплексом свойств. При этом можно регулировать степень полимеризации, полидисперсность, разветвленность, конфигурацию звеньев и порядок их присоединения.

Существуют два основных метода синтеза полимеров – полимеризация и поликонденсация. Кроме того, в последние годы широко используется возможность изменения свойств полимеров за счет изменения их молекулярного строения в результате химических реакций – так называемых реакций модификации.

Полимеризация.

Полимеризацией называют процесс образования макромолекул путем последовательного присоединения молекул мономеров М к активному центру М* растущей молекулы. При этом активный центр переходит во вновь присоединившееся звено:

М* + М1 → М – М 1* М – М 1* + М2 → М – М 1 - М2 *

М – М 1 - М2 * + М3 → М – М 1 - М2 * - М3*

М1 ∙∙∙ Мn* + М → М1 ∙∙∙ Мn+1*

В настоящее время в мире полимеризацией получают около 5/4 полимеров как гомо- так и гетероцепных. Процесс протекает по цепному механизму. Цепными реакциями называются такие, в которых образование каких-либо активных частиц (активных центров) приводит к тому, что каждая из них вызывает цепь последовательных реакций.

Различают гомо- и сополимеризацию. Гомополимеризация – это реакция соединения нескольких (n) молекул одного мономера:

nM → [ - M -]n

В сополимеризации участвуют молекулы двух (или более) мономеров и образуется статистический или блок-сополимер:

→ [ - M1 – M2 -]n+m

nM1 + mM2-

→ [ - M1 – ]n - → [ – M2 -]m

Процесс полимеризации включает следующие основные стадии: образование активных центров, рост цепи, обрыв цепи. Образование активных центров протекает при взаимодействии инициатора или катализатора с мономером. Эта стадия характеризуется низкой скоростью, требует затраты энергии. Рост цепи происходит путем присоединения молекул мономера к активным центрам с передачей активного центра на присоединившуюся молекулу. Эта стадия обычно идет быстро и сопровождается выделением энергии. Обрыв цепи происходит вследствие

дезактивации активных центров, в результате которой рост данной молекулы прекращается. Обрыв цепи осуществляется двумя путями: путем уничтожения активного центра Mn*, его перехода в неактивное состояние

Mn* → Mn

и передачей цепи с одного активного центра на другую молекулу мономера с превращением ее в новый растущий активный центр:

Mn* + M → Mn + M*

Скорость реакций обрыва обычно лимитируется скоростью диффузии активных центров в реакционной среде. От соотношения скоростей роста и обрыва цепи зависят степень полимеризации и молекулярная масса образующегося полимера: чем выше скорость роста и ниже скорость обрыва цепи, тем больше молекулярная масса. Активными центрами цепной полимеризации могут быть свободные радикалы (электронейтральные частицы, имеющие один или два неспаренных электрона), ионы (положительно или отрицательно заряженные частицы), ион-радикалы. В соответствии с характером активных центров различают радикальную и ионную (анионную, катионную, ионо-координационную) полимеризацию.

Поликонденсация.

Поликонденсацией называют ступенчатый процесс получения полимеров из би- или полифункциональных соединений, в котором рост макромолекул происходит путем химического взаимодействия функциональных групп молекул мономеров друг с другом и с n-мерами между собой. На концах образующихся макромолекул всегда присутствуют свободные функциональные группы. Различают гомополиконденсацию и гетерополиконденсацию.

Гомолполиконденсацией называют реакции, в которых участвует минимально возможное для данного случая число типов мономеров или только молекулы одного мономера, содержащего два типа функциональных групп. Типичным примером гомополиконденсации служит синтез полиамидов из аминокислот.

Гетерополиконденсацией называют реакции с участием молекул мономеров, содержащих различные функциональные группы, способные взаимодействовать друг с другом, например диаминов с дикарбоновыми кислотами.

Это интересно:

Условия формирования экологической культуры в контексте образовательного процесса
Формирование экологической культуры подрастающего поколения осуществляется в различных социокультурных институтах - дошкольных образовательных учреждениях, школах, колледжах, вузах и других. Важную роль в формировании экологической культуры может сыграть учебно-производственный комбинат, который яв ...

Использование метода проектов при обучении информатики в начальной школе
Таким образом, раскрыв содержание понятий: "метод проектов", " проект" и выявив особенности метода проектов, мы пришли к выводу о том, что использование данного метода на уроках информатики способствует более эффективному усвоению учащимися учебного материала. Для практического ...

Влияние некоторых психических процессов на развитие познавательной активности младшего школьника
Преобразование познавательной сферы, происходящие в младшем школьном возрасте, имеют чрезвычайно важное значение для дальнейшего полноценного развития. Специальные исследования, однако, показывают, что при преобладающей в настоящее время системе начального обучения процесс этот нередко протекает ст ...