Существуют 2 основных способа получения полимеров – реакция полимеризации и реакция поликонденсации.
Реакция полимеризации – это химический процесс соединения множества исходных молекул низкомолекулярного вещества (мономера) в крупные молекулы (макромолекулы) полимера, не сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных веществ (Н2О, HCl).
В реакцию полимеризации вступают ненасыщенные мономеры, у которых двойная связь находится между углеродными атомами или между углеродом и любым другим атомом:
n H2C = CH2 (этилен) → [H2C = CH2] n
Как видно из примера, реакция полимеризации не приводит к изменению элементного состава мономера. Как и любая другая химическая реакция, полимеризация начинается с разрыва одних химических связей и возникновения других. Такой разрыв может происходить или по гетеролитическому, или гомолитическому механизму. В первом случае образуются ионы, во вротом – свободные радикалы.
Полимеризация, протекающая через образование ионов называется ионной, а идущая с участием свободных радикалов – радикальной.
Таким образом, радикальная и ионная полимеризация различаются природой активного центра, начинающего и ведущего макромолекулярную цепь.
Полимеризация мономеров протекает по цепному механизму.
I. Радикальная полимеризация
Активным центром цепной полимеризации является свободный радикал. Реакция радикальной полимеризации складывается из трех основных стадий: инициирования, роста цепи и ее обрыва.
А. Инициирование (образование активного центра). На этой стадии происходит образование свободных радикалов (R′·), которые легко взаимодействуют с различными непредельными соединениями (мономерами).
R′· + СН2 = СН2R → R′ - CH2 – CHR
В зависимости от способа образования свободных радикалов, начинающих реакционную цепь, различают несколько видов полимеризации: термическую, фотохимическую, радиационную и инициированную.
Одним из наиболее распространенных и часто применяемых на практике методов полимеризации является инициированная полимеризация. Она активируется соединениями, которые легко распадаются на свободные радикалы в условиях полимеризации. Такие соединения называют инициаторами полимеризации. Они содержат в своих молекулах неустойчивые химические связи (О – О, N – N, S – S, O – N и др.), которые разрываются при гораздо меньшей энергии, чем это требуется для образования свободного радикала из молекулы мономера (при ее активации). Инициаторами могут быть органические пероксиды и гидропероксиды, некоторые азо – и диазосоединения и другие вещества.
С6Н5 – СО – О – О – СО – С6Н5 → 2 С6Н5 – СОО· → 2 С6Н5·
Скорость распада инициатора на свободные радикалы можно увеличить не только повышением температуры, но и добавкой в реакционную среду специальных веществ – промоторов и активаторов.
Б. Рост цепи. Реакция роста цепи состоит в многократном присоединении молекул мономера к усложняющемуся каждый раз радикалу с сохранением свободного электрона в концевом звене растущей макромолекулы. Другими словами, растущая макромолекулярная цепь должна оставаться в период ее роста свободным макрорадикалом.
R′ + СН2 – СНR + СН2 = СНR → R′ - СН2 – СНR – СН2 – СНR
R′ - [- CH2 – CHR -]n+1 – CH2 – CHR и т.д.
В результате таких последовательных реакций присоединения двойная связь мономера превращается в простую, что сопровождается выделением энергии.
В. Обрыв цепи. Конец роста цепи связан с исчезновением свободного электрона у конечного звена макромолекулы. Чаще всего это происходит в результате соединения между собой двух радикалов (реакция рекомбинации), что приводит к возникновению углеводородной цепи, не способной к дальнейшему росту.
R′ - [- CH2 – CHR -]n – CH2 – CHR + R′ - СН – СН2 – R′ →
R′ - [- CH2 – CHR -]n – CH2 – CHR – СН2 – R′
II. Ионная полимеризация
Ионная полимеризация протекает с образованием либо иона карбония, либо карбаниона, с последующей передачей по росту цепи положительного или отрицательного заряда. В зависимости от этого различают катионную (карбониевую) и анионную (карбанионную) полимеризацию.
Ионная полимеризация, как и радикальная, - цепной процесс.
Ионная полимеризация проходит в присутствии катализаторов, способствующих образованию ионов. Поэтому ионная полимеризация называется также каталитической полимеризацией. Процесс ионной полимеризации протекает также в три стадии.
II. 1. Катионная (карбониевая) полимеризация. Для проведения такой полимеризации используют катализаторы, обладающие электроно–акцепторными свойствами: кислоты, катализаторы Фриделя – Крафтса (AlCl3, BF3 и др.).
Программа учебной дисциплины "Биохимия"
...
Выводы
В
результате проделанной работы решена задача разделения промышленной смеси
продуктов синтеза хлорбензола. В качестве модели наиболее адекватно описывающей
парожидкостное равновесие смеси была выбр ...
Разработка дополнительных занятий в школе к теме "Химизм различных способов приготовления пищи"
Проблема пищи всегда
была одной из самых важных проблем, стоящих перед человеческим обществом.
Все, кроме кислорода,
человек получает для своей жизнедеятельности из пищи. Среднее потребле ...