Полимеризация это способ получения полимеров когда

Что такое полимеризация?

Слово «полимеризация» в переводе с древнегреческого означает состоящее из множества частей.

В наше время полимеризацией называется процесс, в результате которого образуется полимер (высокомолекулярное соединение). Процесс протекает в результате присоединения молекул, имеющих малую молекулярную массу к активным центрам в возникающей молекуле полимера, причем этот процесс многократно повторяется.

Звено, которое повторяется называют мономерным или структурным.

Если рассмотреть молекулярный состав мономера и полимера, то он примерно, одинаковый. Как правило мономерами являются соединения, которые имеют способность открываться, вставать реакционноспособными и образовывать новые связи с другими соединениями, это обеспечивает рост цепи. Такими соединениями являются молекулы, содержащие кратные связи или ароматическое кольцо.

Немного истории

Процесс полимеризации был открыт учеными в середине 19 века. В это же время были получены первые мономеры, способные полимеризоваться – это стирол, изопрен и т.п. Но открытие процесса было условным, так как полное представление, что это за процесс, какие реакции и по какому механизму протекают было получено лишь в двадцатые годы 20 века благодаря Российским ученым. А в 1922 году химик Штаудингер представил доказательства, что полимеры – это соединения, которые состоят из больших молекул, связь между атомами которых обусловлена ковалентными связями.

Полимерная классификация

Есть несколько признаков, которые могут лежать в основе классификации.

Если в реакции «создания длинной цепи» принимает участие только один мономер, то такой процесс синтеза носит название «гомополимеризацией».

Если же в реакции принимают участвуют два мономера, то ее принято называть «сополимеризация».

Рост цепи, в ходе протекания реакции полимеризации проходит с присоединением мономера к активному центру. Если данный центр является радикальным, то и реакция полимеризации будет радикальной. Если активным центром выступает ион – то реакция ионная. Она в свою очередь делиться по типу иона на катионную и анионную.

Также в дополнении существует стереоспецифическая полимеризация. Для нее характерно получение полимеров с упорядоченной структурой.

Еще полимеризацию можно классифицировать по агрегатному состоянию веществ:

• Блочную.
• Эмульсионную – между двумя не смешивающимся жидкостями.
• Газовую.
• Твердофазную.
• Полимеризацию можно разделить по механизму протекания реакции. Первым вариантом является ступенчатая, вторым цепная.

При ступенчатой полимеризации протекает реакция между двумя молекулами мономера, поэтому макроцепь образуется через стадии формирования димеров, тримеров и т.п. Реакция роста полимера протекает медленно.

При цепной полимеризации рост происходит в результате взаимодействия мономера и активного центра, расположенного на конце цепи. Полимеры, полученные по данному типу полимеризации имеют большую молекулярную массу.

В нашем научном мире принято под полимеризацией понимать как раз цепной тип.

По ЮПАК выделяют четыре вида:

• цепную,
• полимеризация цепная конденсационная,
• поликонденсация,
• полиприсоединение.

Описание механизма цепного типа полимеризации

Цепная полимеризация протекает через четыре основные стадии:

• первая, и самая важная — зарождение центров полимеризации или, другими словами, инициирование,
• реакция, протекающая последовательно и заключающаяся в последовательном присоединении мономеров к активным центрам,
• «гибель» активных центров – обрыв цепи,
• активный центр переходит на другую молекулу – переход цепи.

Промышленная полимеризация

В промышленном процессе полимеризации ее проводят четырьмя основными способами: объемным методом, в растворе, в суспензии или в эмульсии.

Наибольшее распространение получила объёмная полимеризация. Особенно это касается процессов, в результате которых необходимо получить конечный продукт в твердой фазе. Данный метод синтеза позволяет получать продукт, содержащий минимальное количество примесей. Как и любой другой способ получения, объемная полимеризация не лишена минусов.

1. Во-первых, это проблемы с перемешиванием реакционной смеси.
2. Во-вторых, с обменом тепла.
3. В-третьих, с перекачкой.
4. В-четвертых, с загрязнением реактора, так как высокая адгезия к стенкам реакционной смеси.

Если полимеризация протекает в растворе, то проблемы с перемешиванием не возникают, реактор не пачкается. Но, с другой стороны, эффективность синтеза низкая, требуется дополнительно стадия выделение полимера. Плюс, существует проблемы с организацией производства, так как применяемые растворители огнеопасны и токсичны.

В суспензированной полимеризации применяется смесь с низкой вязкостью, в ней теплоперенос протекает более эффективно. Но, к сожалению, данное производство сложно провести в крупнотоннажном размере. А еще существует проблема, связанная с тем, что требуются большие затраты на утилизацию отработанной воды.

Эмульсированная полимеризация дает возможность получить конечный продукт в виде эмульсии (латекс). Данный вид полимеризации имеет преимущества: низкую степень вязкости и хорошее распределение тепла. А минусами процесса является необходимость выделения полимера, наличие загрязняющих продукт примесей.

Открытие процесса полимеризации, понимание протекания ее реакций произвело революцию во всем мире. Полимеризация позволила получить пластик, синтетические ткани, сверхпрочные, огнеупорные материалы, медицинское оборудование и множество «искусственных» органов, тканей, что позволило спасти жизнь миллионов людей.

Продукты полимеризации применяются плотно вошли в нашу жизнь с 20 века. Теперь они окружают нас во всем – одежде, быте, работе. Во всех сферах жизни применяются высокомолекулярные соединения: корпуса телефонов и бытовой техники, строительные материалы, лаки и краски, одежда, спецодежда, парники, пленки и многое-многое другое. Полимеры сделали нашу жизнь комфортабельнее, безопаснее, но и мы не должны забывать, что несмотря на то, что в природе существуют «врожденные», созданные ею самой полимеры, но искусственно созданное вещество, попадая в землю, воду может принести вред окружающей среде. От пакетов погибают рыбы, от сжигания пластика отравляется воздух, отравления почвы приводит к тому, что на ней произрастают «отравленные» растения, которые используют в пищу животные и люди. Поэтому, пользуясь полимерами, всегда нужно помнить о правильности их утилизации, чтобы сохранить окружающий мир для наших детей. Сейчас данному вопросу экологической безопасности уделяется особое внимание. Спустя два века человечество стало плотно задумываться о том, как безопасно избавиться, от искусственно созданного. Все больше технологий утилизации полимеров разрабатывается, была введена программа разделения отходов, сдача отдельно особо опасных. Мы все должны заботиться об окружающем мире и беречь его.

Источник

Полимеры

Высокомолекулярные соединения. Реакции полимеризации и поликонденсации. Полимеры. Пластмассы, волокна, каучуки.

Высокомолекулярные вещества, состоящие из больших молекул цепного строения, называются полимерами (от греч. «поли» — много, «мерос» — часть).

Например , полиэтилен, получаемый при полимеризации этилена CH₂=CH₂:

…-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-… или (-CH₂—CH₂-)_n

Молекула полимера называется макромолекулой (от греч. «макрос» — большой, длинный). Молекулярная масса макромолекул достигает десятков — сотен тысяч (и даже миллионов) атомных единиц.

Соединения, из которых образуются полимеры, называются мономерами.

Например , пропилен (пропен) СН₂=СH–CH₃ является мономером полипропилена

Группа атомов, многократно повторяющаяся в цепной макромолекуле, называется ее структурным звеном.

Мономеры – низкомолекулярные вещества, из которых образуются полимеры.

Степень полимеризации – число, показывающее количество элементарных звеньев в молекуле полимера.

Степень полимеризации обычно обозначается индексом «n» за скобками, включающими в себя структурное (мономерное) звено: (–CH₂–CH₂–)_n.

Классификация полимеров

Полимеры, макромолекулы которых построены строго определенным способом, называют регулярными.

Полимер называется стереорегулярным, если заместители R в основной цепи макромолекул (–CH₂–CHR–)_n расположены упорядоченно.

Стереорегулярные полимеры обладают гораздо лучшими свойствами – пластичностью, прочностью и теплостойкостью; они способны кристаллизоваться, в отличие от нерегулярных.

Классификация по структуре

По структуре полимеры делятся на: линейные, разветвленные и пространственные.

Линейные	Разветвленные	Пространственные
Состоят из последовательности повторяющихся звеньев с большим отношением длины молекулы к ее поперечному размеру. Целлюлоза, полиэтилен низкого давления, капрон	Макромолекулы разветвленных имеют боковые ответвления от цепи, называемой главной или основной Химические связи имеются и между цепями, образуя пространственную структуру Резина, фенолформальдегидные смолы

Линейные — макромолекулы состоят из последовательности повторяющихся звеньев с большим отношением длины молекулы к ее поперечному размеру (целлюлоза, полиэтилен низкого давления, капрон).

Разветвленные — макромолекулы которых имеют боковые ответвления от цепи, называемой главной или основной (крахмал).

Сетчатые (пространственные) — химические связи имеются и между цепями (резина, фенолформальдегидные смолы).

Классификация по происхождению

По способу получения полимеры делятся на: природные, синтетические и искусственные.

Природные волокна	Синтетические волокна	Искусственные
Непосредственно существуют в природе хлопок шерсть натуральный шелк	Получают полностью химическим путем в реакциях полимеризации и поликонденсации капрон найлон лавсан	Получают модификацией натуральных полимеров ацетатное волокно целлулоид вискоза

Природные полимеры непосредственно существуют в природе (крахмал, целлюлоза и др.).

Синтетические полимеры получают полностью химическим путем в реакциях полимеризации и поликонденсации (полиэтилен, полихлорвинил, фенол-формальдегидные смолы, метилметакрилат и т.д.). Не имеют аналогов в природе.

Искусственные – получают модификацией натуральных полимеров (вискоза –модифицированная целлюлоза, резина –модификация натурального каучука).

Классификация по химическому характеру

По химическому характеру и составу полимеры и химические волокна бывают: полиэфирные, полиамидные, элементоорганические (например, кремнийорганические полимеры).

Полиэфирные полимеры	Полиамидные полимеры	Элементоорганические
Содержат группу -СОО- Лавсан (полиэтилентерефталат)	Содержат группу -СО-NH2— Найлон, капрон	Содержат атомы других хим. элементов (кремний и др.). Кремнийорганические полимеры

Полиэфирные полимеры — содержат группу сложных эфиров -СОО-.

Полиамидные полимеры — содержат пептидную связь -СО-NH₂-.

Элементоорганические полимеры — содержат атомы других химических элементов (помимо С, Н, О, N).

Классификация по способу получения

Полимеры получают либо реакциями полимеризации, либо поликонденсацией.

Полимеризация	Поликонденсация
Это присоединение одних молекул к другим за счет разрыва кратных связей. Побочные продукты, как правило, не образуются. Полиэтилен, полипропилен и др.	Образование полимера происходит за счет реакции замещения. При этом образуется низкомолекулярный побочный продукт. Фенолформальдегидная смола, капрон

Полимеризация — процесс образования высокомолекулярного вещества(полимера) путём многократного присоединения молекул мономера к активным центрам в растущей молекуле полимера.

Например , образование полиэтилена происходит по механизму полимеризации:

Поликонденсация – процесс образования высокомолекулярных соединений, протекающий по механизму замещения и сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных продуктов (обычно это вода).

Например , образование капрона протекает по механизму поликонденсации:

Свойства полимеров

По свойствам полимеры можно разделить на: термореактивные, термопластичные и эластомеры.

Термореактивные	Термопластичные	Эластомеры
Неплавкие и неэластичные материалы. Фенолформальдегидные смолы, полиуретан	Меняют форму при нагревании и сохраняют её. Полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид	Эластичные вещества при разных температурах. Натуральный каучук, полихлоропрен

Термореактивные полимеры — пластмассы, переработка которых в изделия сопровождается необратимой химической реакцией, приводящей к образованию неплавкого и нерастворимого материала.

Например , фенолформальдегидные смолы, полиуретан.

Термопластичные полимеры — меняют форму в нагретом состоянии и сохраняют её после охлаждения.

Например , полиэтилен, полистирол, полихлорвинил и т.д.

Эластомеры – обладают высокоэластичными свойствами в широком интервале температур.

Например , натуральный каучук.

Полимеризация и поликонденсация

Полимеризация

Степень полимеризации — это число, показывающее сколько молекул мономера соединилось в макромолекулу.

Степень полимеризации обычно обозначается индексом «n» за скобками, включающими в себя структурное (мономерное) звено: (–CH₂–CH₂–)_n

Характерные признаки полимеризации. В основе полимеризации лежит реакция присоединения. Полимеризация – цепная реакция, включает стадии инициирования, роста и обрыва цепи. Элементный состав (молекулярные формулы) мономера и полимера одинаков.

Катализаторами полимеризации могут быть: металлический натрий, пероксиды, кислород, металлоорганические соединения, комплексные соединения.

Процесс образования высокомолекулярных соединений при совместной полимеризации двух или более различных мономеров называют сополимеризацией.

Например , схема сополимеризации этилена с пропиленом:

Важнейшие синтетические полимеры

Изображение с портала orgchem.ru

Важнейшие синтетические полимеры, получаемые реакцией полимеризации, и области их применения:

Полимер	Мономер	Характеристики полимера	Применение полимера
Полиэтилен (–СН2–СН2–)n	Этилен СН2=СН2	Синтетический, линейный, термопластичный, химически стойкий	Упаковка, тара
Полипропилен	Пропилен СН2=СН–СН3	Синтетический, линейный, термопластичный, химически стойкий	Трубы, упаковка, ткань (нетканый материал)
Поливинилхлорид	Винилхлорид СН2=СН–Сl	Синтетический линейный полимер, т ермопластичный	Натяжные потолки, окна, пленка, трубы, полы, изолента и т.д
Полистирол	Стирол	Синтетический линейный полимер, термопластичный	Упаковка, посуда, потолочные панели
Полиметилметакрилат Метиловый эфир метакриловой кислоты		Синтетический линейный полимер, т ермопластичный	Очки, корпуса фар и светильников, душевые кабины, мебель и т.д
Тефлон (политетрафторэтилен)	Тетрафторэтилен	Синтетический линейный полимер. Термопластичный (t = 260-320 0 C) Обладает очень высокой химической стойкостью	Посуда, пластины утюгов, ленты и скотч, упаковка, изоляция
Искусственный каучук Мономер: бутадиен-1,3 (дивинил)		Синтетический, линейный, эластомер, содержит двойные связи	Резина, изоляция, различные материалы, ракетное топливо
Натуральный каучук		Природный, линейный, эластомер, содержит двойные связи	Резина, изоляция, различные материалы, ракетное топливо
Хлоропреновый каучук		Синтетический, линейный, эластомер, содержит двойные связи	Резина, изоляция, различные материалы, ракетное топливо
Бутадиен-стирольный каучук Мономеры: бутадиен-1,3 и стирол		Синтетический, эластомер	Резина, изоляция, различные материалы, ракетное топливо
Полиакрилонитрил	Акрилонитрил	Синтетический, линейный	Волокна, пластмассы

Поликонденсация

Поликонденсация – процесс образования высокомолекулярных соединений, протекающий по механизму замещения и сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных продуктов, обычно это вода.

Характерные признаки поликонденсации. В основе поликонденсации лежит реакция замещения. Поликонденсация – процесс ступенчатый, т.к. образование макромолекул происходит в результате последовательного взаимодействия мономеров, димеров или n-меров как между собой, так и друг с другом. Помимо высокомолекулярного соединения, в реакции поликонденсации образуется второе, низкомолекулярное вещество (обычно это вода).

Важнейшие синтетические полимеры, получаемые реакцией поликонденсации, и области их применения:

Полимер и м ономер		Характеристики полимера	Применение полимера
Капрон Мономер: 6-аминокапроновая кислота (лактам)		Синтетический, линейный, термопластичный, очень эластичный	Полиамидные волокна (нитки, ткани, парашюты, втулки и т.д.)
Найлон Мономер: 1,6-диаминогексан и адипиновая кислота (1,6-гександиовая)		Синтетический, полиамидный, линейный, термопластичный	Изготовление втулок, вкладышей, ниток, одежды, гитарных струн (полиамидное волокно)
Лавсан (полиэтилентерефталат) Мономер: Этиленгликоль, терефталевая кислота		Синтетический линейный полимер, т ермопластичный, полиэфирный	Натяжные потолки, окна, пленка, трубы, полы, изолента и т.д
Фенолформальдегидная смола Мономеры: фенол и формальдегид		Синтетический, пространственный (сетчатый) полимер	Производство ДСП, лаков, клея (БФ-6 применяется в медицине), часто используется с наполнителями
Крахмал Мономер: α-глюкоза		Природный, полиэфирный, разветвленный	Пищевая, текстильная, бумажная промышленность, фармацевтика и др.
Целлюлоза Мономер: β-глюкоза		Природный, полиэфирный, линейный	Производство бумаги, искусственных волокон, пленок, пластмасс, лакокрасочных материалов, бездымного пороха, взрывчатки, твердого ракетного топлива, получение гидролизного спирта и др.
ДНК Мономер: Дезоксирибоза, ортофосфорная кислота, азотистые основания		Природный, полиэфирный, линейный	Функционирование живых организмов
РНК Мономер: Рибоза, ортофосфорная кислота, азотистые основания Источник Читайте также:  Minoxidil для волос для женщин способ применения Оцените статью Вам также может понравиться Ясень семена способ распространения Ясень обыкновенный Fraxinus excelsior – так в ботанической Ярлыки способы создания ярлыков ос windows Создаем ярлыки на рабочем столе Windows Создаем ярлыки Японское удобрение фуджима способ применения Удобрения Фуджима Знаете потрясающее удобрение, палочка Японский чай способ заварки Технология заваривания японского чая Известно, что Правообладателям Политика конфиденциальности Контакты