Получение синтетических полимеров

Полимеры получают в реакциях полимеризации и поликонденсации.

Полимеризацией называется реакция соединения большого числа молекул низкомолекулярных веществ (мономеров), протекающая за счет раскрытия кратных связей или циклов с образованием высокомолекулярного соединения без выделения побочных продуктов.

Схему реакции полимеризации в общем виде можно представить уравнением.

где М — молекула мономера; [М]_п — полимерная цепь.

Полимеризация молекул мономера с кратными связями:

Полимеризация циклических молекул:

Полимеризация является цепной реакцией, которая может инициироваться радикалами или ионами. При радикальной полимеризации реакция проходит стадии: 1) инициирование, 2) рост цепи, 3) обрыв цепи.

Инициирование — образование активных радикалов из соединений со слабыми связями (пероксиды, азосоединения и др.):

Рост цепи происходит за счет присоединения к радикалам молекул мономеров и образования новых радикалов:

В стадии обрыва цепи происходит взаимодействие радикалов и образование насыщенных молекул:

Обрыв цепи можно вызвать введением малоактивных радикалов — ингибиторов.

Способом радикальной полимеризации получают поливинилхлорид, поливинилацетат, полистирол, полиакрилат, полиэтилен, полидиены и различные сополимеры.

При ионной полимеризации роль активных центров играют анионы и катионы, которые образуют с молекулами мономера заряженный комплекс — макроион (М⁺, М~), обеспечивающий рост цепи:

Инициаторами катионной полимеризации могут служить ионы водорода, образующиеся при диссоциации сильных кислот.

(H₂S0₄, HC1), кислот Лыоиса (SnCl₄, A1C1₃ и др.), металлорганические соединения. В качестве инициаторов анионной полимеризации используют электронодонорные вещества, такие как щелочные и щелочноземельные металлы, алкоголяты этих металлов и др.

Метод ионной полимеризации используют в производстве полиизобутилена, полиформальдегида, бутадиенового каучука.

Поликонденсация — синтез полимеров из мономеров с двумя или несколькими функциональными группами, сопровождающийся образованием низкомолекулярных продуктов. В качестве низкомолекулярных продуктов могут образовываться вода, аммиак, хлороводород, формальдегид и др. Поликонденсация бифункциональных соединений называется линейной. Например, полимеризация аминокапроновой кислоты:

Конечным продуктом этого процесса является поли-е-капроамид:

Поликонденсация соединений с тремя и более функциональными группами называется трехмерной.

Поликонденсация отличается от полимеризации тем, что элементарный состав полимера и мономеров не совпадает, так как в процессе поликонденсации выделяются низкомолекулярные вещества. Эти вещества могут вступать в реакцию с промежуточными продуктами поликонденсации, вызывая их расщепление, поэтому их следует постоянно удалять из реакционной среды.