Ποιος τύπος χημικής αντίδρασης παράγει ένα πολυμερές

Πριν προχωρήσουμε απευθείας στο κύριο θέμα, Ποιος τύπος χημικής αντίδρασης παράγει ένα πολυμερές, ας κατανοήσουμε πρώτα τα βασικά του πολυμερούς.

Τι είναι ένα πολυμερές

Το πολυμερές είναι μια ουσία που αποτελείται από μόρια που είναι διατεταγμένα ως πολύ μεγάλες αλληλουχίες ενός ή περισσότερων ειδών ατόμων ή ομάδας ατόμων που συνδέονται μεταξύ τους με ομοιοπολικούς δεσμούς. Τα πολυμερή θεωρούνται μακρομόρια λόγω της τεράστιας μοριακής τους μάζας. Οι ομάδες ατόμων ή μορίων που αλληλοσυνδέονται για να σχηματίσουν ένα πολυμερές είναι γνωστές ως μονομερή. Έτσι, τα μονομερή είναι τα δομικά στοιχεία των πολυμερών.

Οι κύριοι δεσμοί που βρίσκονται σε ένα πολυμερές είναι ομοιοπολικοί δεσμοί. Επιπλέον, ενδέχεται να υπάρχουν ομόλογα van der Waals. Οι ομοιοπολικοί δεσμοί είναι ισχυρότεροι από τους δεσμούς van der Waals. Έτσι, ο αποπολυμερισμός ενός πολυμερούς είναι αρκετά δύσκολος και μπορεί να περιλαμβάνει προηγμένες τεχνικές.

Ταξινόμηση πολυμερών

Τα πολυμερή ταξινομούνται με διάφορους τρόπους.

Με βάση τους τύπους των μονομερών που κατασκευάζουν πολυμερή, υπάρχουν δύο τύποι πολυμερών. (α) ομοπολυμερή , τα οποία αποτελούνται από τον πολυμερισμό μόνο ενός τύπου μονομερούς και (β) συμπολυμερή , τα οποία σχηματίζονται από τον πολυμερισμό δύο ή περισσότερων ειδών μονομερών.

Με βάση τη φύση των πολυμερών , μπορούν να ταξινομηθούν ως φυσικά και συνθετικά πολυμερή. Ένα καλό παράδειγμα για ένα φυσικό πολυμερές είναι φυσικό λατέξ από καουτσούκ, το οποίο λαμβάνεται από το δέντρο που ονομάζεται Hevea brasiliensis . Συνθετικά πολυμερή είναι τεχνητά πολυμερή υπό ελεγχόμενες συνθήκες. Μερικά παραδείγματα συνθετικών πολυμερών περιλαμβάνουν πλαστικό, καουτσούκ νεοπρενίου, καουτσούκ σιλικόνης, καουτσούκ ισοπρενίου κ.λπ.

Με βάση τη δομή , υπάρχουν τέσσερις τύποι πολυμερών:γραμμικά πολυμερή, κυκλικά πολυμερή, διακλαδισμένα πολυμερή και πολυμερή δικτύου .

Η πιο κοινή ταξινόμηση των πολυμερών είναι βασισμένη στα χημικά και φυσικά χαρακτηριστικά τους . Σύμφωνα με αυτή την ταξινόμηση, τα πολυμερή ομαδοποιούνται σε θερμοπλαστικά, ελαστομερή και θερμοσκληρυνόμενα. Θερμοπλαστικά είναι τα πολυμερή που αποτελούνται από γραμμικά ή διακλαδισμένα πολυμερή· μαλακώνουν κατά την υποβολή της θερμότητας. Μπορούν να διαμορφωθούν σε οποιοδήποτε σχήμα χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές χύτευσης. Ελαστομερή είναι τα πολυμερή που έχουν ελαστικό χαρακτήρα, λόγω του οποίου μπορούν να ανακτήσουν γρήγορα την αρχική τους διάσταση όταν απελευθερωθεί η εφαρμοζόμενη τάση. Θερμοσκληρυντές είναι τα άκαμπτα πολυμερή που αποτελούνται από πολύ διασυνδεδεμένο δίκτυο πολυμερών. Αυτά τα πολυμερή δεν μπορούν να ξανακαλουπωθούν μόλις σχηματιστούν και να αποικοδομηθούν με την εφαρμογή θερμότητας.

Τι είναι τα βιοαποδομήσιμα πολυμερή

Τι είναι ο Πολυμερισμός

Ο πολυμερισμός είναι η διαδικασία που συνδέει μόρια μονομερών μεταξύ τους για να σχηματίσουν μακριές αλυσίδες μέσω μιας χημικής αντίδρασης. Τα ομοπολυμερή σχηματίζονται με ομοπολυμερισμό, ενώ τα συμπολυμερή σχηματίζονται με συμπολυμερισμό. Για παράδειγμα, τα μονομερή αιθυλενίου υφίστανται ομοπολυμερισμό για να σχηματίσουν πολυαιθυλένιο, ενώ τα μονομερή αιθυλενίου και προπυλενίου υφίστανται συμπολυμερισμό για να σχηματίσουν συμπολυμερές πολυ (προπυλενίου/αιθυλενίου) [PP/PE].

Τι τύπος χημικής αντίδρασης παράγει ένα πολυμερές

Η βασική προϋπόθεση για τον πολυμερισμό είναι η ικανότητα των μονομερών να σχηματίζουν δεσμούς με άλλα μόρια μονομερούς. Υπάρχουν διάφοροι τύποι χημικών αντιδράσεων που εμπλέκονται στη βιομηχανία πολυμερών για το σχηματισμό πολυμερών. Όλοι αυτοί οι τύποι αντιδράσεων μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε δύο βασικές κατηγορίες που ονομάζονται πολυμερισμός σταδίου και πολυμερισμός αλυσίδας.

Βήμα πολυμερισμού

Ο σταδιακός πολυμερισμός είναι μια αντίδραση ανάπτυξης. Στον σταδιακό πολυμερισμό, η ανάπτυξη των αλυσίδων πολυμερούς συμβαίνει με σταδιακές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα μεταξύ οποιωνδήποτε δύο μοριακών ειδών. Κατά τη διάρκεια του σταδίου πολυμερισμού, ο βαθμός πολυμερισμού αυξάνεται σταδιακά σε όλη την αντίδραση καθώς κάθε μόριο μονομερούς μετασχηματίζεται σε διμερές, μετά σε τριμερές και ούτω καθεξής μέχρι να σχηματίσουν τα πολυμερή μακρομόρια. Υπάρχουν δύο τύποι πολυαντιδράσεων στο στάδιο του πολυμερισμού:η πολυσυμπύκνωση και η πολυπροσθήκη. Οι αντιδράσεις πολυσυμπύκνωσης είναι πολύ πιο συχνές από τις αντιδράσεις πολυπροσθήκης.

Μια γενική αναπαράσταση ενός πολυμερισμού σταδιακής ανάπτυξης. (Οι απλές λευκές κουκκίδες αντιπροσωπεύουν μονομερή και οι μαύρες αλυσίδες αντιπροσωπεύουν ολιγομερή και πολυμερή)

Πολυμερισμός αλυσίδας

Στον πολυμερισμό αλυσίδας, η αντίδραση πολυμερισμού λαμβάνει χώρα μόνο με ένα μονομερές συνδεδεμένο σε μια αντιδραστική τελική ομάδα και συνήθως απαιτεί έναν εκκινητή για να ξεκινήσει η αντίδραση. Τα μονομερή που χρησιμοποιούνται για τον πολυμερισμό αλυσίδας περιέχουν συνήθως διπλούς δεσμούς, τριπλούς δεσμούς ή αρωματικούς δακτυλίους. Αυτές οι αντιδράσεις μπορούν να πραγματοποιηθούν χρησιμοποιώντας ανιονικούς μηχανισμούς, κατιονικούς μηχανισμούς, μηχανισμούς ελεύθερων ριζών και μηχανισμούς συντονισμού. Ο τύπος του μηχανισμού προσδιορίζεται με βάση τη χημική ιδιότητα του μονομερούς και του εκκινητή που χρησιμοποιείται. Ο πιο συνηθισμένος μηχανισμός είναι ο πολυμερισμός με ελεύθερες ρίζες, όπου τα μονομερή περιέχουν διπλούς δεσμούς άνθρακα-άνθρακα ή μονομερή βινυλίου όπως αιθυλένιο, βουταδιένιο, στυρόλιο, ακρυλονιτρίλιο, βινυλοχλωρίδιο κ.λπ. Οι εκκινητές του πολυμερισμού ελεύθερων ριζών μπορούν να δημιουργήσουν ρίζες με διάφορες χημικές αντιδράσεις όπως θερμική αποσύνθεση, αντιδράσεις οξειδοαναγωγής κ.λπ., προκειμένου να ξεκινήσει η αντίδραση πολυμερισμού. Μερικά κοινά παραδείγματα τέτοιων εκκινητών περιλαμβάνουν υδροϋπεροξείδια, διττανθρακικό υπεροξείδιο, υπεροξυεστέρες, αζωενώσεις, ανόργανα υδατοδιαλυτά υπερθειικά, υπεροξείδιο του υδρογόνου κ.λπ.

Ένα παράδειγμα πολυμερισμού αλυσιδωτής ανάπτυξης με άνοιγμα δακτυλίου σε πολυκαπρολακτόνη

 

Αναφορές:

Robert J. Young και Peter A. Lovell, Introduction to polymers (2011), 3 Edition, CRC Press, USA.

Bruce, R. G, Dalton, W.K., Neely, J.E. and Kibbe, R.R, Modern Materials and Manufacturing Process (2004), 3 Edition, Repro India Ltd, Ινδία.