Полимеризация – это химическая реакция получения полимеров

Вопрос 35. Способы получения полимеров
Основными способами получения полимеров являются химические
реакции полимеризации и поликонденсации.
Полимеризация – это химическая реакция получения полимеров путем
последовательного присоединения молекул низкомолекулярного вещества.
Низкомолекулярное вещество, из которого получают полимер, называется
мономером. Мономер должен содержать в молекуле кратные связи (двойные,
тройные С = О, С = С, С = N, С = С = О) или цикл, способный раскрываться .
При полимеризации не образуется побочных продуктов, поэтому
элементный состав макромолекул не отличается от состава молекул
мономера. Полимеризация – это самопроизвольный экзотермический
процесс, так как разрыв двойных связей уменьшает энергию системы. Но без
внешних воздействий она протекает медленно. Инициируют процесс
активные частицы, имеющие непарный электрон, – свободные радикалы,
образующиеся при тепловом, световом, химическом, радиационном
воздействии. Чаще всего инициаторами служат пероксиды состава R – O – O
– R (где R – органический радикал). Это соединения, распадающиеся c
гомолитическим разрывом слабой ковалентной связи О – О и образованием
двух свободных радикалов по схеме (точка обозначает непарный электрон):
R –O – O – R = 2R – O∙
Полимеризация является цепной реакцией. Образование активных
центров – первая стадия реакции, называемая «зарождением цепи». Вторая
стадия, «рост цепи», происходит за счет присоединения к радикалам молекул
мономеров с образованием новых радикалов:
R – O∙ + СН2 = СН2 → R – O - СН2 - СН2∙
R – O - СН2 - СН2∙ + СН2 = СН2 → R – O - СН2 - СН2 - СН2 - СН2∙
Взаимодействие радикалов между собой (рекомбинация) приводит к
третьей стадии - «обрыву цепи» и образованию продуктов:
R – O - СН2 - СН2 - СН2 - СН2 – (СН2 - СН2) n - СН2 - СН2 - R.
Упрощенно полимеризацию, например, винилхлорида с образованием
полимера – поливинилхлорида – можно записать уравнением:
n СН2 = СНCl → (- СН2 –СНCl -) n
Методом полимеризации получают ¾ всего объема выпускаемых
полимеров. Ее проводят в массе, растворе, эмульсии, суспензии, газовой фазе
в зависимости от физического состояния мономера.
Поликонденсация –
химическая реакция синтеза полимеров из
соединений, имеющих две и более функциональные группы и
сопровождающаяся выделением низкомолекулярного продукта (Н2О, NH3,
HCl, CH2O и др.). Примером такой реакции может служить получение
капрона из аминокапроновой кислоты, в молекуле которой две
функциональные группы – аминогруппа - NH2 и карбоксильная группа –
COOH, которое можно представить в виде уравнения:
2 NH2 – (CH2)5 – COOH → NH2 – (CH2)5 – CO - NH – (CH2)5 – COOH
+ H2O.
На первом этапе синтезируется олигомер линейной структуры. Если же
в мономере содержатся три функциональные группы, получается
полимерный продукт трехмерной (сетчатой) структуры.
Так как в процессе поликонденсации вместе с высокомолекулярными
выделяются низкомолекулярные продукты, то элементный состав полимера и
исходного мономера не совпадают. Поликонденсация также протекает по
ступенчатому механизму, но может остановиться на любой стадии
(промежуточные продукты стабильны). Чтобы побочные НМС не вступали в
реакцию с промежуточными продуктами и не приводили к их расщеплению,
их удаляют. Поликонденсацию проводят в растворе (с использованием
растворителя), расплаве или на границе фаз (двух несмешивающихся
жидкостей).
С помощью поликонденсации получают капрон, нейлон, полиэфиры,
полиуретаны, фенолформальдегидные смолы и т. д.