Полимеризация.

Синтетические полимеры получают в результате реакций полимеризации и поликонденсации.

Полимеризация — это процесс соединения друг с другом большого числа молекул мономера за счет кратных связей (С = С, С = О и др.) или раскрытия циклов, содержащих гетероатомы (О, N, S). При полимеризации обычно не происходит образования низкомолекулярных побочных продуктов, вследствие чего полимер и мономер имеют один и тот же элементный состав.

Реакция полимеризации в общем виде может быть описана следующей схемой:

n М → [М] n,

где М - молекула мономера.

Полимеризация всегда протекает по механизму цепных или ступенчатых процессов. Цепными называются такие процессы, в которых превращение мономеров в полимер осуществляется путем последовательного чередования нескольких реакций активных центров с сохранением их активности в течение всего процесса. Как всякая цепная реакция, полимеризация состоит из трех основных стадий:

1) зарождение (инициирование) цепи; 2) продолжение (рост) цепи; 3) обрыв цепи.

Последовательность элементарных реакций в таком процессе называется кинетической цепью. Количество элементарных реакций, приходящихся в среднем на каждый свободный радикал, образовавшийся при инициировании (зарождении) цепи, называется длиной кинетической цепи v.

1.1.2 Способы проведения полимеризации

Полимеризация в газовой фазе в зависимости от применяемого давления может проводиться как в присутствии, так и в отсутствие инициаторов. Таким методом получают, например, полиэтилен низкой плотности.

Полимеризация в блоке жидких мономеров может осуществляться в присутствии или в отсутствие инициаторов (катализаторов). Вязкость системы постепенно возрастает, и в результате образуется сплошная масса (блок) твердого полимера. Этим способом получают полистирол, полиметилметакрилат и др. Если образующийся полимер растворим в мономере, то образуются прозрачные стекла, если нерастворим - обычно получают непрозрачную дисперсию полимера в мономере.

Полимеризация в растворе может осуществлять в двух вариантах.

1. Мономер и полимер растворимы в растворителе. В результате полимеризации образуется раствор полимера. Этот вариант процесса называется "лаковой" полимеризацией и является гомофазным. Так, например, получают волокнообразующие полимеры и сополимеры акрилонитрила.
2. Мономер растворим (хотя бы частично), а полимер нерастворим в растворителе ("псевдогомогенная", или гетерофазная, полимеризация). Примером может служить полимеризация акрилонитрила в воде.

Гетерофазная полимеризация реализуется при сосуществовании нескольких фаз (в гетерогенных системах), когда процесс может протекать одновременно в каждой фазе, а также на границе раздела фаз. Гетерофазная полимеризация может быть:

• а) эмульсионной (латексной);
• б) суспензионной (гранульной, бисерной).

В качестве дисперсионной среды в обоих случаях обычно используют воду. Для стабилизации дисперсии мономера (и полимера) вводят различные эмульгирующие добавки. При эмульсионной полимеризации эмульгатор образует мицеллы, в которые входят мономер и образующийся полимер; в этом случае обычно применяют водорастворимый инициатор. При полимеризации в суспензии капельки мономера, более крупные по размеру, стабилизируются какой-нибудь специальной добавкой (желатиной, карбоксиметилцеллюлозой); инициатор растворим в мономере. Полимеризация в твердом состоянии происходит при физическом инициировании процесса вблизи температуры плавления кристаллического мономера. Часто скорость полимеризации приближается к скорости взрыва.

Дата добавления: 2015-07-10