Традиционално, во секој КТ има задачи за полимерикои се добиваат со реакции на полимеризација и поликондензација. Но, не сите апликанти се справуваат со овие задачи. Затоа решив да ја пополнам оваа празнина во вашето знаење.

Направив избор на сите полимери кои беа пронајдени во КТ од сите годиниземајќи ги предвид реакциите на нивното производство. И, исто така, направи видео решение на едно од најпознатите тешки задачина полимери од КТ во хемијата 2008 година.

Полимеризација(старечки грчки πολυμερής - се состои од многу делови) - процес на формирање на супстанција со висока молекуларна тежина (полимер) со постојано додавање на молекули на супстанција со мала молекуларна тежина (мономер, олигомер) во активни центриво растечка молекула на полимер. Мономерната молекула која е дел од полимерот ја формира таканаречената мономерна (структурна) единица. Елементарен состав ( молекуларни формули) мономерот и полимерот се приближно исти.

Поликондензација- процес на синтеза на полимери од полифункционални (најчесто бифункционални) соединенија, обично придружен со ослободување на нуспроизводи со мала молекуларна тежина (вода, алкохоли итн.) при интеракција функционални групи.

Односно, при поликондензација, покрај полимерот, се формира и некоја друга нискомолекуларна супстанција, а при полимеризација само полимер!

Со полимеризација се добиваат:

1) плексиглас: изработен од метил метакрилат

2) полистирен

4) хлоропренска гума (полихлоропрен): од 2-хлоробутадиен-1,3

5) бутадиенска гума

6) тефлон (политетрафлуороетилен)

7) полипропилен, полиетилен итн.

Со поликондензација добиваме:

1) лавсан (полиетилен терефталат): терефтална киселина + етилен гликол

2) Кевлар: фенилен-1,4-диамин (пара-фенилендиамин) + терефталоил хлорид (дихлорид на терефтална киселина)

3) најлон: адипинска киселина + хексаметилендиамин

4) полипептиди: од амино киселини

5) фенол-формалдехидни смоли: фенол + формалдехид

За време на реакцијата на полимеризација, како резултат се добиваат само полимери. За време на поликондензацијата, производот од реакцијата станува полимери и супстанции со мала молекуларна тежина.

Дефиниција

Во тек полимеризацијаи идентичните и различните молекули на мономер се последователно поврзани, градејќи една сложена полимерна молекула (супстанција со висока молекуларна тежина) без да се изолираат и формираат нуспроизводи - соединенија со мала молекуларна тежина. Според тоа, излезот е полимер со точно ист елементарен состав како и мономерот.

Во тек поликондензацијамолекулите на еден или повеќе мономери, поврзувајќи се едни со други, формираат полимерна макромолекула и нуспроизводот ослободуваат еден или друг нискомолекуларен производ (вода, алкохол, водород хлорид или амонијак). Поликондензацијата е основата на биосинтезата на целулозата, нуклеински киселинии, се разбира, протеини.

Споредба

Овие два процеси се слични по тоа што на почетокот на реакцијата оригиналниот мономер влегува во реакцијата. А потоа при полимеризација во систем за реакцијаВо сите фази на тековниот процес, присутни се зголемени активни синџири, почетниот мономер и макромолекули кои го завршиле растот. И во процесот на поликондензација, мономерот, како по правило, се исцрпува во почетните фази на тековната реакција, а последователно само полимери (олигомери) остануваат во системот, во интеракција еден со друг.

За полимеризација и поликондензација, реактивноста на саканите мономери и, се разбира, нивната структура се подеднакво важни. За време на полимеризацијата, реакциите што се случуваат помеѓу зголемените молекули обично завршуваат со завршување на синџирот.

И за време на поликондензација, реакциите што се случуваат помеѓу зголемените молекули се главните реакции на растот на полимерните синџири. Долгите синџири се формираат поради интеракцијата на олигомерите. Полимеризацијата се јавува во три фази: иницирање, раст на синџирот и завршување на синџирот. Во овој случај, центрите на раст на полимерниот синџир се катјони, слободни радикали или анјони. Функционалноста (бројот на реакциони центри во една молекула) влијае на формирањето на тридимензионални, разгранети или линеарни макромолекули.

Веб-страница за заклучоци

  1. Поликондензацијата се карактеризира со ослободување на нуспроизводи - супстанции со мала молекуларна тежина како што се вода или алкохол.
  2. За време на полимеризацијата, само полимерите стануваат реакциони производи.
  3. Биосинтезата на целулоза, протеини и нуклеински киселини е можна поради реакцијата на поликондензација.

Кондензацијата е основа за создавање на полимерни синтетички материјали: поливинил хлорид, олефини. При користење на основни варијанти на мономери, можно е да се добијат милиони тони нови полимерни супстанции со кополикондензација. Во моментов, постојат различни методи кои овозможуваат не само да се создадат супстанции, туку и да се влијае на распределбата на молекуларната тежина на полимерите.

Карактеристики на процесот

Реакцијата на поликондензација е процес на производство на полимер со постепено додавање на молекули на полифункционални мономери едни на други. Во овој случај, се ослободуваат производи со мала молекуларна тежина.

Основата на овој процес може да се смета Поради ослободување на нуспроизводи, постојат разлики во елементарниот состав на полимерот и оригиналниот мономер.

Реакцијата на поликондензација на амино киселината е поврзана со формирање на молекули на вода за време на интеракцијата на амино и карбоксилните групи на соседните молекули. Во овој случај, првата фаза од реакцијата е поврзана со формирање на димери, а потоа тие се претвораат во високомолекуларни супстанции.

Реакцијата на поликондензација, чиј пример го разгледуваме, се одликува со способноста да се формираат стабилни супстанции во секоја фаза. Димерите, тримерите и полимерите добиени со интеракција на амино киселините може да се изолираат во сите средни фази од реакционата смеса.

Значи, поликондензацијата е чекор по чекор. За нејзино појавување потребни се мономерни молекули кои содржат две функционални групи способни да комуницираат една со друга.

Присуството на функционални групи им овозможува на олигомерите да реагираат не само едни со други, туку и со мономери. Оваа интеракција го карактеризира растот на полимерниот синџир. Ако оригиналните мономери имаат две функционални групи, синџирот расте во една насока, што доведува до формирање на линеарни молекули.

Поликондензацијата е реакција која резултира со производи способни за последователна реакција.

Класификација

Реакција на поликондензација, чиј пример може да се напише за многумина органска материја, дава идеја за сложеноста на тековната интеракција.

Во моментов, таквите процеси обично се класифицираат според одредени критериуми:

  • тип на врска помеѓу врски;
  • бројот на мономери кои учествуваат во реакцијата;
  • процесен механизам.

Како се разликува реакцијата на поликондензација за различни класи на органски материи? На пример, во полиамидацијата, амини и карбоксилни киселини се користат како почетни компоненти. За време на етапната интеракција помеѓу мономерите, се забележува формирање на молекули на полимер и вода.

Во естерификацијата, почетните материјали се алкохол и карбоксилна киселина, и условот за примање естере употребата на концентрирана сулфурна киселина како катализатор.

Како настанува поликондензација? Примерите на интеракции покажуваат дека, во зависност од бројот на мономери, може да се разликува хомо- и хетерополикондензација. На пример, за време на хомополикондензација, супстанциите со слични функционални групи ќе дејствуваат како мономери. Во овој случај, кондензацијата е комбинација на почетни материи со ослободување на вода. Пример е реакција помеѓу неколку амино киселини, што ќе резултира со формирање на полипептид (протеинска молекула).

Процесен механизам

Во зависност од карактеристиките на процесот, се разликуваат реверзибилна (рамнотежа) и неповратна (нерамнотежна) поликондензација. Оваа поделба може да се објасни со присуството или отсуството на деструктивни реакции, кои вклучуваат употреба на нискомолекуларни процеси, различни активности на мономерите, а исто така дозволуваат разлики во кинетичките и термодинамичките фактори. Ваквите интеракции се карактеризираат со ниски константи на рамнотежа, мала брзина на процесот, времетраење на реакцијата и високи температури.

Во многу случаи, неповратните процеси се карактеризираат со употреба на мономери кои се многу реактивни.

Високите брзини на процесот со користење на овој тип на мономер го објаснуваат изборот на поликондензација со ниска температура и меѓуфаза во растворот. Неповратноста на процесот се определува со ниската температура на реакционата смеса, производството на ниско-активни хемиска супстанција. ВО органска хемијаИсто така, постојат варијанти на нерамнотежна поликондензација што се јавува во топи на високи температури. Пример за таков процес е процесот на добивање полиестери од диоли и дихалогени деривати.

Каротерсовата равенка

Длабочината на поликондензацијата е поврзана со темелно отстранување од медиумот за реакција на производи со ниска молекуларна тежина кои го спречуваат процесот да се префрли кон формирање на полимерно соединение.

Постои врска помеѓу длабочината на процесот и степенот на полимеризација, која е комбинирана во математичка формула. За време на реакцијата на поликондензација, исчезнуваат две функционални групи и една молекула на мономер. Бидејќи одреден број на молекули се трошат за време на процесот, длабочината на реакцијата е поврзана со пропорцијата на реагираните функционални групи.

Колку е поголема интеракцијата, толку е поголем степенот на полимеризација. Длабочината на процесот се карактеризира со времетраењето на реакцијата и големината на макромолекулите. Која е разликата помеѓу полимеризација и поликондензација? Пред сè, природата на курсот, како и брзината на процесот.

Причини за запирање на процесот

Растот на полимерниот синџир престанува поради различни хемиски и физички причини. Како главни фактори кои придонесуваат за запирање на процесот на синтеза на полимерно соединение, ги истакнуваме:

  • зголемување на вискозноста на медиумот;
  • намалување на брзината на процесот на дифузија;
  • намалување на концентрацијата на супстанции кои содејствуваат;
  • пад на температурата.

Со зголемување на вискозноста на медиумот за реакција, како и намалување на концентрацијата на функционалните групи, веројатноста за молекуларни судири се намалува, проследено со запирање на процесот на раст.

Меѓу хемиските причини за инхибиција на поликондензација, водечки се:

  • промена хемиски составфункционални групи;
  • непропорционална количина на мономери;
  • присуство на производ на реакција со ниска молекуларна тежина во системот;
  • рамнотежа помеѓу напредните и обратните реакции.

Специфики на кинетиката

Реакциите на полимеризација и поликондензација се поврзани со промена на брзината на интеракција. Да ги анализираме главните кинетички процеси користејќи го примерот на процесот на полиестерификација.

Киселината катализа се одвива во две фази. Прво, протонацијата на киселината, почетниот реагенс, се забележува со киселина која делува како катализатор.

За време на нападот на групата на алкохол од страна на реагенсот, меѓупроизводот се распаѓа до производот на реакцијата. За да се случи директна реакција, важно е навремено да се отстранат молекулите на водата од реакционата смеса. Постепено се забележува намалување на брзината на процесот, предизвикано од зголемување на релативната молекуларна тежина на производот на поликондензација.

Ако се користат еквивалентни количини на функционални групи на краевите на молекулите, интеракцијата може да трае долг временски период додека не се создаде џиновска макромолекула.

Опции за процесот

Полимеризацијата и поликондензацијата се важни процеси кои се користат во модерната хемиско производство. Постојат неколку лабораториски и индустриски методиспроведување на процесот на поликондензација:

  • во раствор;
  • во топењето;
  • во форма на меѓусебен процес;
  • во емулзија;
  • на матрици.

Реакциите на топење се неопходни за производство на полиамиди и полиестери. Во основа, рамнотежната поликондензација во топење се јавува во две фази. Прво, интеракцијата се изведува во вакуум, со што се избегнува термичко-оксидативно уништување на мономери, како и производи за поликондензација, гарантира постепено загревање на реакционата смеса, целосно отстранување на производи со ниска молекуларна тежина.

Важни факти

Повеќето реакции се изведуваат без употреба на катализатор. Евакуацијата на топењето во втората фаза од реакцијата е придружена со целосно прочистување на полимерот, така што нема потреба дополнително да се спроведува трудоинтензивен процес на повторно таложење. Не е дозволено нагло зголемување на температурата во првата фаза на интеракција, бидејќи тоа може да доведе до делумно испарување на мономерите и нарушување на квантитативниот сооднос на реагенсите кои дејствуваат.

Полимеризација: карактеристики и примери

Овој процес се карактеризира со употреба на еден почетен мономер. На пример, со таква реакција е можно да се добие полиетилен од почетниот алкен.

Карактеристика на полимеризацијата е формирањето на големи полимерни молекули со даден број на повторувачки структурни единици.

Заклучок

Со поликондензација, можно е да се добијат многу полимери кои се барани во различни современи индустрии. На пример, фенол-формалдехидните смоли може да се изолираат во текот на овој процес. Интеракцијата на формалдехид и фенол е придружена со формирање на средно соединение (фенол алкохол) во првата фаза. Потоа се забележува кондензација, што доведува до производство на високомолекуларно соединение - фенол-формалдехидна смола.

Производот добиен со поликондензација најде своја примена во создавањето на многу современи материјали. Фенопластика базирана на оваа врска, имаат одлични карактеристики на топлинска изолација, затоа се барани во градежништвото.

Полиестерите и полиамидите добиени со поликондензација се користат во медицината, технологијата и хемиското производство.

Полиамиди. Да го разгледаме процесот на формирање на полиамиди, чии претставници се бројни сорти на најлон. Некои од нив се формираат со кондензација на диамините со хлоро деривати на дикарбоксилни киселини. На пример, најлон-6,6 се формира со загревање на хексан-1,6-диоил дихлорид (дихлорид на адипинска киселина) со хексан-1,6-диамин:

Секој мономер содржи две функционални групи. Процесот е придружен со ослободување на соединение со ниска молекуларна тежина - HC1. Составот на елементарната единица на полимерната молекула не одговара на составот на молекулата на оригиналните мономери. Најлон-6,6 се користи или како влакно или како пластика (четки, изработка на запчаници и делови во механизми итн.).

Полиестерисе и производи за поликондензација. Тие се користат како синтетички влакна. На пример, „терилен“ („лавсан“, „дакрон“) се формира со загревање на 1,2-етандиол (етилен гликол) со терефтална киселина. И двата мономери се бифункционални. Првиот од нив е дихидричен алкохол, а вториот е дикарбоксилна киселина:

Фенол-формалдехидни смолисе добива со реакција на поликондензација на фенол C6H5OH и формалдехид CH2O. Во зависност од соодносот на компонентите и условите на процесот на поликондензација, се формираат новилаци или ресолни смоли.

Novolac смоли се формираат со мал вишок на фенол со катализатор - хлороводородна киселинакога се загрева. Прво, се добива претежно о-хидроксибензил алкохол, а потоа, како резултат на неговата поликондензација, се добива новолачна смола:

Резолните смоли се добиваат со мал вишок на формалдехид со алкален катализатор:

Кога ресолните смоли се загреваат на 150-170°C, молекулите на синџирот се вкрстено поврзани преку CH2 мостовите и се појавува структура на резит:

Стврднувањето на смолите од новалак може да се изврши со додавање на зацврстувач - метенамин (CH2)6N4 и загревање.

Пример за постепена полимеризација што се одвива без изолирање на соединенија со мала молекуларна тежина е производството на полиуретани.

Шема на реакција за производство на линеарни полиуретани:

Уреа - уреа-формалдехидни и меламин-формалдехидни смоли.

Уреата е способна и за кондензација со формалдехид, што резултира со уреа-формалдехидни смоли. Реакцијата се одвива слично како и формирањето на фенол-формалдехидни смоли. Во овој случај, се добиваат деривати на моно- и диметилол, кои потоа, реагирајќи со уреа, ја формираат конечната структура на смола:

Конечната шема е како што следува:

Атомите на водород од имидната група на линеарен полимер може дополнително да се заменат со метилол групи во присуство на вишок формалдехид:

Структурата на финалниот производ, како и при кондензацијата на фенол-формалдехидните смоли, зависи од односот на уреа и формалдехид во почетната смеса. Така, кога линеарен полимер се загрева во присуство на вишок формалдехид, се формира тридимензионален полимер:

Меланинот и формалдехидот исто така можат да реагираат за да формираат метилол деривати на меламин:

Кондензацијата на метилол дериватите на меламин со голема количина на меламин резултира со линеарен полимер. Овој полимер, при понатамошна кондензација со вишок формалдехид, формира тридимензионален мрежен полимер, нерастворлив во многу растворувачи:

Невкрстените уреа-формалдехидни и меламин-формалдехидни смоли се растворливи во вода и се користат како врзива, на пример во производството на иверица.

Меламинските смоли се користат во производството на честички и лесни плочи.

Меламин-формалдехидните смоли имаат поголема отпорност на топлина и влага во споредба со уреа-формалдехидните смоли

Епоксидни полимери

Епоксидни полимери. - Ова се едноставни полиестри. Еден од епоксидните полимери (или епоксидни смоли) се добива од етилхлорохидрин и бисфенол А. Реакцијата се изведува во вишок на епихлорохидрин

Наместо бисфенол А, може да се користат и гликоли, глицерин, резорцинол и нивните деривати.

Добиените епоксидни смоли се многу вискозни течности или цврсти материисо високи точки на топење. Епоксидните смоли може дополнително да се излечат со додавање на амини, полисулфиди и полиамиди. Епоксидните смоли наоѓаат многу широка и разновидна примена поради нивната хемиска отпорност и добрата адхезија. Епоксидните смоли се структурни лепила. Откако целосно ќе се стврднат, епоксидните смоли се издржливи материјали, што им овозможува да се користат за подови во индустриски згради како композиции за запечатување.

Синтетичките полимери се добиваат како резултат на реакции на полимеризација, поли-кондензација и трансформации во синџири на макромолекули.

Полимеризацијата е процес на спојување голем бројмономерни молекули поради раскинување на повеќе врски (C=C, C=O, C=N, C=C итн.) или отворање на прстени кои содржат хетероатоми (O, N, S). За време на полимеризацијата, обично не се јавува формирање и ослободување на нуспроизводи со мала молекуларна тежина, како резултат на што полимерот и мономерот имаат ист елементарен состав.

Поликондензација е процес на поврзување на молекули на еден или повеќе мономери кои содржат две или повеќе функционални групи (OH, COOH, COCl, NH 2 итн.) меѓу себе, способни за хемиска интеракција, во која се јавува елиминација на производи со мала молекуларна тежина (H 2 O, HCl итн.). Полимерите добиени со методот на поликондензација не соодветствуваат во елементарниот состав на оригиналните мономери, затоа структурата на нивните макромолекули се разгледува од гледна точка на повторлива единица наместо од мономерна единица.

Полимеризацијата на мономерите со повеќе врски настанува според законите на верижните реакции како резултат на кинење на незаситените врски. При полимеризација на синџирот, макромолекула се формира многу брзо и веднаш ја добива својата конечна големина.


Фундаменталната разлика помеѓу полимеризацијата на синџирот и полимеризацијата постепено и поликондензацијата е во тоа што во различни фази од процесот реакционата смеса секогаш се состои од мономер и полимер и не содржи ди-, три- или тетрамери. Со зголемување на времетраењето на реакцијата се зголемува само бројот на полимерните макромолекули, а мономерот постепено се троши.Молекуларната тежина на полимерот не зависи од степенот на завршување на реакцијата или, што е исто, од конверзијата на мономерот , што го одредува само приносот на полимерот.

Многу полимери не можат да се добијат ниту со полимеризација ниту со поликондензација, бидејќи или почетните мономери се непознати или мономерите не можат да формираат високомолекуларни соединенија. Синтезата на таквите полимери се врши почнувајќи од високомолекуларни соединенија, чии макромолекули содржат реактивни функционални групи. Врз основа на овие групи, полимерите се подложени на исти реакции како нискомолекуларните соединенија кои содржат такви групи.



Трансформацијата на функционалните групи во полимерите се случува со помала брзина отколку кај супстанциите со мала молекуларна тежина. Ова се должи на влијанието врз реактивноста на функционалните групи полимери од структурата на нивните синџири, стеричните фактори, обликот на макромолекулите (лабава или густа намотка), фазната состојба на полимерите (кристална или аморфна) и процесите на дифузија. Наведените фактори ја одредуваат пристапноста на функционалните групи на макромолекули до хемискиот реагенс.

Реакции во полимерни синџириможе да се случи без значителна промена во молекуларната тежина на полимерот (т.н. полимер-аналогни трансформации), со зголемување на молекуларната тежина на полимерот (синтеза на графт и блок кополимери) или со намалување на молекуларната тежина ( уништување на макромолекули).

Полимер-аналогни трансформации се реакции на полимери со нискомолекуларни супстанции, како резултат на кои некои функционални групи се заменуваат во полимери со други без промена на должината на главниот синџир на макромолекули. На пример, поливинил алкохолот не може да се добие со полимеризација на мономерот - винил алкохол, бидејќи вториот е нестабилен и по производството веднаш се изомеризира во ацеталдехид:


Со реакција на трансформации слични на полимер, во индустријата се произведуваат различни поливинил ацетали, целулозни етери итн.

Реакциите во полимерните синџири, придружени со промена на нивната молекуларна тежина, се случуваат во три случаи: кога мономер е во интеракција со полимер кој служи како негов иницијатор; при интеракција на различни полимери или олигомери (интерполимерна интеракција) поради реактивните функционални групи што ги содржат; при рекомбинација (комбинација) на два макрорадикали кои настануваат при зрачење или механичко дејство на мешавина од полимери. Во индустријата, со слични реакции се произведуваат полистирен отпорен на удари и ABS пластика.

Уништувањето на полимерите е придружено со намалување на молекуларната тежина поради прекин на главниот синџир на макромолекулата. Фактори кои предизвикуваат уништување се топлината, светлината, кислородот, продорното зрачење, механичкиот стрес итн. За време на уништувањето, молекуларната тежина на полимерот се намалува и неговите физички и механички својства се влошуваат. Отпорноста на полимерите на разградување зависи од нивната хемиска структура, облици на макромолекули, степени на кристалност, фреквенции на просторна мрежа.

Реакциите на уништување се случуваат претежно со радикален (поретко јонски) механизам. Има термичко, термооксидативно, фотохемиско, радијационо, механичко и хемиско уништување. Реакциите на уништување се во основата на стареењето на полимерите, при што тие се влошуваат или ги губат своите корисни својства.