Informatsiya o khimii

полимер

Что такое полимер

Полимеры; Они представляют собой высокомолекулярные соединения, которые образуются многими молекулами путем регулярного связывания с химическими связями. «Poli» - это латинское слово, означающее «много». Полимеры образуются путем объединения единиц, называемых мономерами. Простой пример - полистирол. Полистирол образуется путем сочетания многих стирольных мономеров.

Полимеры; Это высокомолекулярные соединения, которые образуются многими молекулами путем регулярного связывания с химическими связями. «Poli» - это латинское слово, означающее «много». Полимеры образуются путем объединения единиц, называемых мономерами. Как простой пример этого, полистирол Как видно выше, при полимеризации стирольного мономера образуется полистирол, содержащий этот мономер в больших количествах.

В середине девятнадцатого века химики-органики случайно синтезировали высокомолекулярные вещества. Со второй половины этого столетия были проведены исследования в области полимеров и были разработаны новые типы полимеров. Пионером в этой области является немецкий химик Герман Штаудинг. Герман Штаудинг впервые описал влияние условий полимеризации на образование полимера. Он получил Нобелевскую премию в 1953 году за свою работу в этой области химии.

 

Впервые исследователи, работающие в этой области, начали с имитации природных полимеров, и в 1930 году Уоллесу Каротерсу удалось синтезировать нейлон. После Второй мировой войны было создано много полимерных лабораторий, и многие полимеры начали производиться в промышленных масштабах. С другой стороны, промышленные химики-органики начали свои исследования в этом направлении, перейдя в область химии полимеров. В результате, в настоящее время многочисленные типы полимеров используются для различных целей в широком диапазоне применений. Формулы и мономеры, с которыми они синтезируются, приведены ниже.

Полимеры могут быть классифицированы в соответствии с их структурой. Если полимер состоит из повторяющихся единичных мономерных звеньев, он называется гомополимером. Примерами являются полиэтилен, полученный из этилена, и полистирол, полученный из стирола.

Если молекула полимера состоит из двух разных мономеров, это называется сополимером. Мы можем разделить типы сополимеров на три.

1. Последовательный сополимер

2.Блок-сополимер

3. Нерегулярный сополимер​​​​​​​

Полимерные цепи доступны в трех различных формах, будь то гомополимер или сополимер.

1. Линейный

2. Разветвленная​​​​​​​

3. Сшитый​​​​​​​

Молекулярные массы полимеров

Физические свойства полимеров связаны с молекулярной массой. Следовательно, они должны иметь определенную молекулярную массу, чтобы показать физические свойства, ожидаемые от полимеров.

Как правило, увеличение молекулярной массы увеличивает межмолекулярное притяжение в структуре, что влияет на механические и тепловые свойства полимера. Молекулярную массу полимеров можно определить такими методами, как хроматография на гель-проницаемости, вискозиметрическое измерение, осмотическое давление и рассеяние света.

 

Синтез полимеров

 

Свободная радикальная полимеризация

Это тип цепной полимеризации, которая проходит по радикалам. Свободнорадикальная полимеризация состоит из трех этапов.

 

Первоначально молекулы мономера превращаются в радикалы с использованием различных методов. Радикальное образование обеспечивается тепловыми, фотохимическими, радиационными или различными инициаторами. Для этого наиболее распространенным способом создания радикалов в окружающей среде является добавление инициатора извне. Инициатор начинает процесс полимеризации, разрушая двойную связь в винильной группе, создавая радикал. Различные пероксиды, диазосоединения и окислительно-восстановительные пары используются в качестве инициатора.

Наиболее часто используемым пероксидным инициатором является бензилпероксид. Этот инициатор легко разрушается при нагревании с образованием свободных радикалов. На рисунке ниже перекись бензила расщепляется под воздействием тепла и превращается в два свободных радикала.

Затем радикалы, образующиеся в начальной фазе, инициируют полимеризацию, воздействуя на двойную связь в молекуле мономера. На фигуре, в то время как радикалы, состоящие из инициатора, разрывают одну из двойных связей в молекуле этилена и образуют новый радикал, он также инициирует реакцию полимеризации.

 

Затем радикалы, образующиеся в начальной фазе, инициируют полимеризацию, воздействуя на двойную связь в молекуле мономера. На фигуре, в то время как радикалы, состоящие из инициатора, разрывают одну из двойных связей в молекуле этилена и образуют новый радикал, он также инициирует реакцию полимеризации.

Затем радикалы, образующиеся в начальной фазе, инициируют полимеризацию, воздействуя на двойную связь в молекуле мономера. На фигуре, в то время как радикалы, состоящие из инициатора, разрывают одну из двойных связей в молекуле этилена и образуют новый радикал, он также инициирует реакцию полимеризации.

Образующиеся новые радикалы реагируют с мономерами, присутствующими в окружающей среде, вызывая рост полимерной цепи.

По мере продвижения полимеризации полимерная цепь увеличивается и молекулярный вес увеличивается. На этой стадии полимеризации количество мономеров теперь уменьшилось в среде.

Поэтому радикалы в окружающей среде начинают поглощаться.

Ионная полимеризация

Цепная полимеризация может проходить через свободные радикалы, а также ионы и координационные комплексообразующие агенты. Механизм полимеризации винилового мономера зависит от субстрата. Например, галогенированные винилы (такие как винилхлорид и т. Д.) И сложные виниловые эфиры полимеризуются только с радикалами. Если электронодонорные группы присоединены к виниловому мономеру, происходит только катионная полимеризация. Ионная полимеризация обычно включает гетерогенные системы, где катализаторы находятся в отдельной фазе. Скорость реакции намного выше, чем при радикальной полимеризации. В некоторых случаях полимеризацию проводят при очень низких температурах для контроля скорости реакции.

Конденсационная полимеризация

Конденсационные полимеры получают взаимодействием полифункциональных мономеров одинаковой или различной структуры, обычно путем удаления небольшой молекулы. Наиболее важным условием здесь является то, что мономеры являются полифункциональными. Мономеры, несущие по меньшей мере две функциональные группы, такие как ОН, СООН, NH2 и т. Д., Этерификация, амидирование и т. Д. Они образуют конденсационные полимеры, удаляя небольшие молекулы. Реакции полимеризации, которые обычно имеют место в форме полиуретанов, таких как образование уретана и раскрытие кольца капролактама, где получают нейлон 6, и непосредственное включение мономеров без малого молекулярного выхода, также рассматриваются в этой группе.

Процессы полимеризации

Пакетная полимеризация В этом типе полимеризации мономер полимеризуется непосредственно при определенной температуре и давлении после добавления подходящего инициатора. Наиболее важной особенностью этого процесса является то, что могут быть получены очень чистые полимеры. При этом продукт образуется в результате полимеризации, разделения после производства, очистки и т. Д. Он не требует таких процессов, он может быть продан напрямую. Кроме того, он считается простым и экономичным процессом, поскольку требует более дешевых машин и оборудования по сравнению с другими процессами. Наиболее важным недостатком этого процесса является то, что полученное тепло не может быть легко удалено из окружающей среды, поэтому контроль температуры затруднен. Особое внимание следует уделить радикальной полимеризации. Такие полимеризации являются сильными экзотермическими, и немедленное образование высокомолекулярных полимерных молекул вызывает быстрое увеличение вязкости окружающей среды. Контроль температуры становится чрезвычайно сложным. Локальное повышение температуры может вызвать образование газа или даже сильные взрывы в результате разложения полимера и кипения мономера.

Суспензионная полимеризация

Этот метод полимеризации широко используется в промышленности при производстве больших количеств полимеров. В результате этой полимеризации в зависимости от условий полимеризации получают частицы диаметром 50/1000 микрометров, пористые или непористые частицы. Есть две фазы в суспензионной полимеризации. - мономерная фаза - фаза распространения Если полимер будет использоваться для суспензионной полимеризации, первым признаком, который следует учитывать, является растворимость мономера в дисперсионной фазе. Растворимость мономера в дисперсионной фазе должна быть очень низкой. Для этой цели гидрофобные жидкости, такие как масло и петролейный эфир, используются для гидрофильных мономеров. Для гидрофобных мономеров вода также используется в качестве диспергирующей фазы. Они также содержат инициатор, растворенный в структуре капель мономера. Тепло и т. Д. Реакция полимеризации начинается с эффектов. В результате реакции каждая капля мономера превращается в полимерную частицу. Самая большая проблема, с которой можно столкнуться при суспензионной полимеризации, состоит в том, что частицы прилипают друг к другу и накапливаются. Чтобы предотвратить это, в диспергирующую фазу добавляют стабилизирующие агенты, которые могут сохранять стабильность частиц. Диаметр частиц варьируется в зависимости от используемого стабилизатора и скорости перемешивания среды.

Эмульсионная полимеризация

В эмульсионной полимеризации существуют две смешиваемые фазы. Мономерную фазу диспергировали в эмульсии внутри диспергирующей фазы. В отличие от суспензионной полимеризации инициатор растворяли в диспергирующей фазе. Используя различные эмульгаторы, мономерная фаза остается стабильной в эмульсионном состоянии в диспергирующей фазе. Наиболее широко используемым из них является додецилсульфат натрия. При таком способе полимеризации получают однородные сферические частицы размером около 1 микрометра. Дисперсионная Полимеризация При таком способе полимеризации получают однородные сферические полимерные частицы в диапазоне 1-10 микрометров. Характерной особенностью дисперсионной полимеризации является то, что мономерная фаза растворяется в дисперсионной фазе, но полимер, образующийся в конце процесса полимеризации, не растворяется в дисперсионной фазе.