Методы получения полимеров

Полимеры получают методами полимеризации или поликонденсации.

Полимеризация (полиприсоединение) - реакция образования полимеров путем последовательного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера).

Общая схема полимеризации:

nA [-A-]_n,

где А – мономер;

[-A-] – элементарное звено;

n – степень полимеризации.

В процессе полимеризации происходит разрыв кратных связей или раскрытие циклов у мономеров и возникновение химических связей между группами с образованием макромолекул. При полимеризации не обра­зуются побочные продукты, и элементарный состав макромолекул не отличается от состава молекул мономеров. В качестве мономеров используются соединения с кратными связями: >С=С<, >С=0, >С С<, -C N или соединения с циклическими группами, способными раскрываться, >C-C<, например:

nСН₂=СН₂ (- СН₂ -СН₂ -)_n nСН₂=СН (- СН₂ -СН -)_n

| |

этилен полиэтилен C₆Н₅ С₆Н₅

стирол полистирол

nRC º N – CH₂ = N – nCH₂ – CH₂ (– CH₂ – CH₂O –)_n

питрил | \ / полиэтиленоксид

R n О

полинитрил этиленоксид

По числу участвующих мономеров различают гомополимеризацию (один вид мономера) и сополимеризацию (два и более видов мономеров).

Полимеризация является цепной реакцией. Без внешних воздействий (инициаторов, катализаторов и т.д.) полимеризация протекает обычно медленно. В зависимости от характера активных центров различают радикальную и ионную полимеризации.

При радикальной полимеризации процесс инициируется свободными радикалами. Реакция проходит через несколько стадий:

а) инициирование, образование активных центров - радикалов и макрорадикалов происходит в результате теплового, фотохимического, химического, радиационного или других видов воздействий; б) рост цепи; в) передача или обрыв цепи.

Радикальная полимеризация служит промышленным способом синтеза многих важных полимеров, таких как поливинилхлорид [-СН-СНС1-]_n поливинилацетат [-СН₂-СН(ОСОСН₃)-]_п, полистирол [-СН₂-СН(С₆Н₅)-]_n, полиакрилат [-CH₂-C(CH₃)(COOR)-]_n, полиэтилен [-СН₂-СН₂-]_n.

Ионная полимеризация также происходит ступенчато. Роль активных центров в этом случае играют анионы и катионы, которые получаются при присоединении катализаторов.

Полимеризацию проводят в массе, растворе, эмульсии, суспензии или газовой фазе.

Поликонденсация - реакция образования полимера из соединений, имеющих две или более функциональные группы, сопровождающаяся выделением низкомолекулярных продуктов(Н₂0, NH₃, НС1, СН₂0 и др.). В процессе поликонденсации происходит взаимодействие функциональных групп, содержащихся в мономере (-ОН, -СООН, -NH₂ и др.), например:

nH₂N-(CH₂)₅-COOH -(-NH-(CH₂)₅ –CO-)_n- +(n-1)H₂O

-аминокапроновая кислота капрон

Так как в процессе поликонденсации наряду с высокомолекуляр­ными образуются низкомолекулярные продукты, то элементарные составы полимеров и исходных веществ не совпадают. Поликонденсация протекает по ступенчатому механизму, при этом промежуточные продукты являются стабильными, т.е. поликонденсация может остановиться на любой стадии. Образующиеся низкомолекулярные продукты реакции (Н₂0, NH₃, НСl, СН₂0 и др.) могут взаимодействовать с промежуточными продуктами поликонденсации, вызывая их расщепление (гидролиз, аминолиз, ацидолиз и др.), поэтому низкомолекулярные продукты удаляют из реакционной среды. Реакцию поликонденсации проводят в расплаве, растворе, на границе раздела фаз, в твердом состоянии.