Классификация полимеров (Добавление, Конденсация, Сополимеры)

В мире химии полимеры играют важную роль благодаря своим универсальным свойствам и разнообразным применениям. Полимер - это большая молекула, состоящая из повторяющихся структурных единиц, называемых мономерами. Полимеры могут быть классифицированы различными способами в зависимости от их происхождения, структуры, процесса полимеризации и физических свойств. Однако одним из наиболее практичных методов классификации является классификация по механизму полимеризации, который включает добавочную (цепочечную) полимеризацию, конденсационную (стадийную) полимеризацию и сополимеры.

Добавочная полимеризация

Добавочная полимеризация, также известная как цепочечная полимеризация, происходит, когда мономеры с двойными или тройными связями соединяются без потери мелких молекул. Этот тип полимеризации в основном включает мономеры с ненасыщенными углерод-углеродными связями, такими как алкены и алкины.

Возьмем, к примеру, образование полиэтилена из мономеров этилена. В этом процессе двойные связи между атомами углерода в молекулах этилена разрываются и соединяются, образуя длинную цепь полимера. Визуальное представление этого процесса можно увидеть на иллюстрации ниже:

C=C + C=C + C=C → -CCCCCC-

Типы добавочной полимеризации

Добавочная полимеризация может быть далее классифицирована по различным механизмам:

• Свободно-радикальная полимеризация: Типичный вид добавочной полимеризации, использующий свободные радикалы для инициирования реакции. Например, полистирол получают этим методом.
• Катионная полимеризация: Для начала процесса полимеризации требуется катион. Примером этого является полимеризация изобутилена для формования бутилового каучука.
• Анионная полимеризация: В этом процессе полимеризацию инициирует анион. Например, поли(этиленоксид) получают этим методом.

Конденсационная полимеризация

Конденсационная полимеризация, или стадийная полимеризация, предполагает реакции между мономерами с выделением мелких молекул, таких как вода, спирт или хлористый водород. Этот тип полимеризации обычно включает мономеры, содержащие функциональные группы, такие как спирты, амины или карбоновые кислоты.

Классическим примером конденсационной полимеризации является образование нейлона, широко используемого синтетического полимера. Нейлон образуется в результате реакции между диамином и дикарбоновой кислотой. В ходе этой реакции каждая образующаяся связь приводит к выделению молекулы воды, как показано в примере ниже:

NH2-R-NH2 + HOOC-R'-COOH → [-NH-R-NHOC-R'-CO-] + H2O

Примеры конденсационных полимеров

• Полиэстеры: Образуются в результате поликонденсации дикарбоновых кислот и диолов. Обычным примером является полиэтилентерефталат (ПЭТ), который используется в пластиковых бутылках.
• Полиамид: Как упоминалось ранее, нейлон является типом полиамида, получаемым из диамина и дикарбоновой кислоты.
• Поликарбонаты: Получаются в результате реакции бисфенола А и фосгена. Используются при изготовлении компакт-дисков и защитных очков.

Сополимеры

Сополимеры — это полимеры, полученные из двух или более различных типов мономеров. Размещение и распределение этих сополимеров могут придавать исходным сополимерам уникальные свойства, что делает их широко применимыми в различных областях.

Размещение мономеров в цепи сополимера может варьироваться, и, в зависимости от этих размещений, сополимеры можно классифицировать следующим образом:

• Случайный сополимер: Здесь два или более мономеров случайным образом распределены вдоль цепи полимера. Примером этого является бутадиен-стирольный сополимер, используемый в автомобильных шинах.
• Альтернативные сополимеры: Мономеры расположены в регулярной чередующейся последовательности. Примером этого является эквимолярный сополимер малеинового ангидрида и стирола.
• Блочные сополимеры: Эти сополимеры состоят из крупных блоков повторяющихся единиц каждого типа мономера. Примером этого является стирол-бутадиен-стирол (СБС), который используется в производстве подошв обуви и шин.
• Графт-сополимеры: Эти сополимеры содержат ветви одного типа мономера, привитые к основной цепи другого полимера. Примером этого является прививание метилметакрилата на натуральный каучук для улучшения его свойств.

Применение сополимеров

Сополимеры используются в различных областях благодаря своим уникальным свойствам:

• Одежда: Сополимеры увеличивают эластичность и прочность одежды, делая ее долговечной и комфортной.
• Фармация: Эти вещества используются в системах доставки лекарств для контроля их высвобождения в организме.
• Упаковка: Сополимеры обеспечивают превосходные барьерные свойства против газов и влаги, что делает их отличным выбором для упаковки продуктов питания.
• Автомобильная промышленность: Используются при изготовлении шин, приборных панелей и обивки для улучшения характеристик и эстетики.

Заключение

Классификация полимеров по процессу полимеризации и размещению мономеров важна для понимания их поведения и определения их применений. Добавочная полимеризация предоставляет путь к линейным полимерам с прочными свойствами, используемыми в повседневных пластиковых изделиях. С другой стороны, конденсационная полимеризация ведет к полимерам, таким как нейлон и полиэстер, которые необходимы в одежде и инженерных материалах. Сополимеры предоставляют универсальные решения за счет включения различных мономеров, что позволяет достичь целевых свойств для конкретных применений. Понимание этих механизмов и структур служит основой для инноваций и разработок в области химии полимеров и их применений в различных отраслях.

Комментарии