Polymerizácia

Monoméry

Sú to jednoduché molekuly tej istej chemickej zlúčeniny, ktoré podliehajú polymerizácii. Takéto molekuly musia spĺňať určité kritériá:

1. Musia obsahovať viacnásobné väzby, zvyčajne dvojité väzby, ktoré môžu byť prerušené a v dôsledku toho sa uvoľnia dva elektróny umožňujúce vytvorenie nových väzieb.
2. Vo svojej štruktúre musia obsahovať dve reaktívne funkčné skupiny.

Amer je najmenšia, opakujúca sa časť polymérneho reťazca. Všeobecná rovnica polymerizačnej reakcie má nasledujúci zápis: _{MONOMER POLYMER MER}

Typy polymerizácie

Reakciu, ktorá umožňuje tvorbu polymérov, možno klasifikovať podľa jej mechanizmu. Takže na základe mechanizmu je možné rozlíšiť:

• reťazová polymerizácia,
• polyadícia,
• kondenzačná polymerizácia.

Reťazová polymerizácia

Najčastejšie ide o radikálovú reakciu, ku ktorej dochádza len pri monoméroch obsahujúcich viacnásobné väzby schopné generovať radikály pri štiepení. Tieto radikály majú schopnosť spájať sa do dlhých reťazcov. Reakcia spočíva v opakovanom pripájaní monomérov na rovnaké aktívne miesto. Táto reakcia musí byť vždy iniciovaná chemikáliami, ktoré majú schopnosť produkovať svetelné kvantá v dôsledku tepelného rozpadu alebo redoxných reakcií vysokoenergetických radikálov s krátkou životnosťou a zlou stabilizáciou rezonancie. Veľká časť polymérov (> 70 %vinylových polymérov) vyrábaných v priemyselnom meradle sa získava pomocou tejto metódy. Jeho výhody sú: vysoká účinnosť, jednoduchá technológia, vysoká odolnosť voči znečisteniu, možnosť použitia bežne dostupného rozpúšťadla – vody, ako aj možnosť ľahko predpovedať kinetiku procesu. Reťazová polymerizačná reakcia je rozdelená do niekoľkých stupňov: iniciácia, propagácia – predlžovanie reťazca, prenos reťazca a ukončenie. Okrem radikálovej polymerizácie môže byť reťazový mechanizmus tiež aniónový alebo katiónový. V prípade aniónovej polymerizácie, napr. vo vinylových monoméroch, sa využíva indukčný účinok substituentov . Skupina schopná priťahovať elektróny je schopná indukovať kladný náboj prítomný na susedných atómoch vďaka silnejšej väzbe elektrónového páru dvojitého väzba. V prípade katiónovej polymerizácie je potrebné použiť monoméry obsahujúce donorovú skupinu, napr. vinylétery.

Polyadícia

Proces, známy aj ako postupná polymerizácia, je založený na preskupovaní atómov medzi monomérmi za vzniku vedľajších produktov, rovnako ako v prípade reťazovej polymerizácie. Má však postupný charakter.

Kondenzačná polymerizácia

Ide o typ reakcie vyskytujúci sa len pri monoméroch s aspoň dvoma funkčnými skupinami schopnými reagovať za uvoľnenia vedľajšieho produktu , najčastejšie vo forme vody. Existujú dva možné typy takejto kondenzácie. Heteropolykondenzácia – ak monomér obsahuje dve rôzne funkčné skupiny, ktoré spolu reagujú, alebo homopolykondenzácia – ak monomér pozostáva z dvoch rovnakých funkčných skupín. Môžu reagovať len s komonomérom, tj druhým monomérom prítomným v reakcii, ktorý obsahuje iné funkčné skupiny.

Klasifikácia polymérov na základe fyzikálnych a chemických vlastností

1. Elastoméry – vysoko flexibilné polyméry podobné gume so schopnosťou niekoľkonásobného natiahnutia a návratu do pôvodných rozmerov, napr. zosieťovaný polybutadién.
2. Duromery – vynikajúce stavebné materiály. Ich hlavné vlastnosti sú: tvrdosť, nepružnosť a veľmi vysoká mechanická pevnosť. Ťažko sa topiace polyméry z tejto skupiny sa nazývajú duroplasty. Patria sem napríklad bakelitové a epoxidové živice.
3. Plastoméry – tiež známe ako termoplasty, sú o niečo menej tuhé ako duroméry. Po roztavení je možné ich spracovať, avšak opakované tepelné spracovanie má nepriaznivý vplyv na ich mechanické a funkčné vlastnosti. Táto skupina polymérov zahŕňa polyetylén , polypropylén , metylpolymetakrylát atď.

Klasifikácia polymérov podľa pôvodu

1. Prírodné polyméry sú polyzlúčeniny, ktoré sa vyskytujú v prírode. Môžu byť použité priamo alebo po úprave. Najbežnejšie používané sú: a) prírodný kaučuk – polyizoprén, ktorý po vulkanizácii sírou umožňuje výrobu kaučuku (cca 3 %síry) používaného v rôznych tesneniach, pneumatikách, hračkách, pružných látkach a domácnostiach položky a Ebonit (cca 25-30 %síry) používaný v batériových boxoch, chemických zariadeniach a izolačných materiáloch. b) polysacharidy – ako ribóza, glukóza, fruktóza, škrob a celulóza. Sú to ľahko použiteľné materiály vyrobené z monosacharidov viazaných glykozidickou väzbou. Celulóza sa používa pri výrobe papiera , lepidiel alebo umelého hodvábu a škrob sa používa prakticky v každom odvetví, vrátane textilného, ​​farmaceutického a kozmetického priemyslu. c) proteíny – ich monoméry sú známe ako α-aminokyseliny, ako glycín, cysteín a fenylalanín. Sú základnými zložkami všetkých živých organizmov a majú rôzne biologické funkcie. Aminokyselinové zvyšky sú spojené peptidovými väzbami . Používajú sa najmä v potravinárstve a medicíne.

2. Umelé polyméry sú človekom vyrobené zlúčeniny získané chemickou syntézou. Polymerizácia môže prebiehať reťazovou reakciou, polyadíciou a polykondenzačnými mechanizmami. Príklady zahŕňajú: a) reťazové polyméry , ako sú: polyetylén používaný pri výrobe fólií, obalov alebo hračiek, polypropylén používaný v izolačných materiáloch, vodovodných potrubiach a častiach karosérií automobilov, ako aj polyvinylchlorid používaný pri výrobe podlahových krytín, elektrických izolačné materiály, dvere a okná. b) syntetické kaučuky vrátane polybutadiénu používaného v tesneniach, latexových farbách a lepidlách a polychloroprén používaný v záchranných člnoch, potápačských oblekoch a pásoch používaných na účely fyzikálnej terapie. c) polyadičné polyméry , napr. polyuretány používané v nábytkárskom, automobilovom a obuvníckom priemysle, ako aj epoxidové živice nachádzajúce sa v laminátoch, lepidlách a rôznych typoch kompozitov používaných v letectve, automobilovom priemysle a stavbe lodí. d) kondenzačné polyméry , napr. polyestery najčastejšie používané ako PET, tj poly(etyltereftalát) na výrobu riadu, fliaš, obalov a vlákien, polyamidy, hlavne Nylon, široko používané ako súčasť pančúch, pančuchových nohavíc, povrazov, zubných kefiek a Kevlar, polykarbonáty sú priehľadné termoplasty s veľmi dobrými mechanickými vlastnosťami, často používané na vrstvy, ktoré robia sklo odolné proti rozbitiu, prilby a CD/DVD, fenoplasty používané hlavne ako bakelit, aminoplasty a silikóny.

Prečítajte si tiež o emulznej polymerizácii .