Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

10.3: Додаткова полімеризація - один+один+один +... Дає один!

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    20341

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • Визначте додавання полімеризації.
    • Намалюйте структуру полімеру з його мономера.
    • Знайте використання/застосування поширених полімерів.

    Додаткова полімеризація і конденсаційна полімеризація - це два режими реакцій полімеризації при утворенні полімерів. Крім полімеризації, молекули мономера зв'язуються один з одним без втрати будь-яких інших атомів. Додаткові полімери з алкенових мономерів або заміщених алкенових мономерів є найбільшими групами полімерів цього класу. Полімеризація відкриття кільця може відбуватися без втрати будь-яких дрібних молекул. Тоді як при конденсаційній полімеризації (Розділ 10.5) два різних мономери поєднуються з втратою невеликої молекули, як правило, води. Більшість поліефірів і поліамідів (нейлон) відносяться до цього класу полімерів.

    Додавання або полімеризація ланцюгового росту передбачає перестановку зв'язків всередині мономера таким чином, що мономери зв'язуються безпосередньо один з одним:

    Реакція додавання та перестановки зв'язків: два мономери до димера

    Для того, щоб це сталося, необхідна хімічно активна молекула (називається ініціатором), щоб почати те, що відомо як ланцюгова реакція. Виготовлення поліетилену - дуже поширений приклад такого процесу. Він використовує вільнорадикальний ініціатор, який дарує свій непарний електрон мономеру, роблячи останній високореактивним і здатним утворювати зв'язок з іншим мономером на цьому місці.

    Теоретично повинен відбутися лише один процес ініціації ланцюга, і крок поширення ланцюга потім повторюється нескінченно довго, але на практиці потрібні кілька етапів ініціації, і врешті-решт два радикали реагують (припинення ланцюга), щоб призупинити полімеризацію.

    Зверху вниз: ініціювання ланцюга; поширення ланцюга; припинення ланцюга

    Як і у всіх полімеризаціях, виробляються ланцюги, що мають діапазон молекулярних мас, і цей діапазон можна змінювати, контролюючи тиск і температуру процесу.

    Поліпропілен

    Поліпропілен (ПП), також відомий як поліпропен, - це термопластичний полімер, який використовується в широкому спектрі застосувань. Він виробляється шляхом полімеризації ланцюгового росту з мономерного пропілену.Phillips Petroleum хіміки Дж. Пол Хоган і Роберт Бенкс вперше полімеризували пропілен в 1951 році. Пропілен був вперше полімеризований до кристалічного ізотактичного полімеру Джуліо Натта, а також німецьким хіміком Карлом Реном у березні 1954 року. Поліпропілен використовується окремо або як сополімер, зазвичай з етиленом. Ці полімери мають виключно широкий спектр застосування - мотузка, сполучні кришки, пластикові пляшки, штапельні нитки, неткані матеріали, електричні чайники. У некольоровому вигляді він напівпрозорий, але не прозорий. Його стійкість до втоми робить його корисним для харчових контейнерів та їх кришок, а також відкидних кришок на бутильованих продуктах, таких як кетчуп.

    Після поліетилену поліпропілен є найприбутковішим пластиком, доходи якого, як очікується, перевищать 145 мільярдів доларів США до 2019 року. Продажі цього матеріалу, за прогнозами, зростуть зі швидкістю 5,8% на рік до 2021 року. Поліпропілен отримують методом ланцюгової полімеризації пропілену:

    Polypropylène.png

    Полістирол

    Полістирол був відкритий в 1839 році Едуардом Саймоном, аптеком з Берліна. У 1941 році Dow Chemical винайшов процес пінополістиролу. Полістирол прозорий, але досить крихкий, і жовтіє під ультрафіолетовим світлом. Широко використовується для недорогих пакувальних матеріалів та «лотків для виносу», пінопласту «упаковки арахісу», корпусів компакт-дисків, пінопластових чашок для напоїв та інших тонкостінних та формованих деталей.

    Пінополістирол (EPS) - жорсткий і жорсткий пінопласт з закритими порами з нормальним діапазоном щільності від 11 до 32 кг/м 3. Він зазвичай білого кольору і виготовлений з попередньо пінополістирольних намистин. EPS використовується для харчових контейнерів, формованих листів для ізоляції будівель та пакувального матеріалу або як твердих блоків, сформованих для розміщення предмета, що захищається, або як сипучий наповнювач «арахіс», що амортизує крихкі предмети всередині ящиків. EPS розмовно називають «пінополістиролом» в США та Канаді, неправильно застосована генерація марки екструдованого полістиролу Dow Chemical.

    Полістирол виходить, коли мономери стиролу з'єднуються між собою. При полімеризації розривається зв'язок вуглецево-вуглецевої π вінілової групи і утворюється новий зв'язок вуглець - вуглець σ, приєднуючись до вуглецю іншого мономера стиролу до ланцюга.

    Полістирол formation.PNG

    Полівінілхлорид

    ПВХ був випадково синтезований в 1872 році німецьким хіміком Ойгеном Бауманом. Полімер з'явився у вигляді білого твердого речовини всередині колби з вінілхлоридом, який був залишений під впливом сонячних променів. Полівінілхлорид (ПВХ) - третій за поширеністю синтетичний пластиковий полімер у світі, після поліетилену та поліпропілену. На рік виробляється близько 40 млн тонн. Полівінілхлорид - один з найбільш широко використовуваних полімерів у світі. Сам по собі він досить жорсткий і використовується в таких будівельних матеріалах, як труби, сайдинг будинку, підлогове покриття. Додавання пластифікаторів робить його м'яким і гнучким для використання в оббивці, електроізоляції, фіранках для душу і водонепроникних тканин. Існують певні зусилля, щоб поетапно відмовитися від цього полімеру через екологічні проблеми.

    Політетрафторетилен (ПТФЕ): Антипригарне покриття

    Політетрафторетилен (ПТФЕ) - це синтетичний фторполімер тетрафторетилену, який має численні застосування. Найвідомішою торговою маркою формул на основі ПТФЕ є тефлон (рис.\(\PageIndex{1}\)) Aldehydby Chemours. Chemours - це спін-офф DuPont, який спочатку відкрив з'єднання в 1938 році. Цей висококристалічний фторуглерод виключно інертний до хімічних речовин і розчинників. Вода і масла не змочують його, що пояснює її використання в кухонному посуді та інших антипригарних додатках, включаючи засоби особистої гігієни.

    Ці властивості — неадгезія до інших матеріалів, незмочуваність та дуже низький коефіцієнт тертя («слизькість») — мають свій початок у високоелектронегативній природі фтору, атоми якого частково захищають вуглецевий ланцюг. Зовнішні електрони фтору настільки сильно притягуються до його ядра, що вони менш доступні для участі у взаємодії Лондона (сила дисперсії).

    Рисунок\(\PageIndex{1}\) Реклама Happy Pan, каструлі з тефлоновим покриттям 1960-х років. Джерело: Вікіпедія

    Деякі поширені добавки полімерів перераховані в таблицях\(\PageIndex{1}\) і\(\PageIndex{2}\). Зауважимо, що всі мономери мають подвійні зв'язки вуглець-вуглець. Багато полімерів є повсякденними (наприклад, поліетиленові пакети, харчова упаковка, іграшки та посуд), але є також полімери, які проводять електрику, мають дивовижні адгезивні властивості або міцніші за сталь, але набагато легші за вагою.

    Таблиця \(\PageIndex{1}\)Деякі додавання полімерів.

    Малюнок\(\PageIndex{2}\)

    Таблиця\(\PageIndex{2}\) Інші полімери та їх використання.
    Мономер Назва полімеру Торгова назва (и) Використовує
    Н 2 С= ККЛ 2 полівініліден дихлорид Саран Чіпляється харчова обгортка
    Н 2 С=СН (СН) поліакрилонітрил Орлон, Акрилан, Креслан Волокна для текстилю, килимів, оббивки
    Н 2 С=Ч (ОКОЧ 3) полівінілацетат   Клей Елмера - Дурна шпаклівка Демо
    Н 2 С=Ч (ОН) полівініловий спирт   Мисливці за привидами Демо
    H 2 C=C (СН 3) КУЧ 3 поліметилметакрилат Оргскло, Люцит Жорсткі, чіткі, пластикові листи, блоки, трубки та інші форми
    Н 2 С=СН-С (СН 3) = СН 2 поліізопрен натуральний або який-небудь синтетичний каучук застосування, схожі на натуральний каучук
    Н 2 С=СН = СН 2 полібутадієн полібутадієн синтетичний каучук виберіть застосування синтетичного каучуку
    Н 2 С=Ч-ККЛ = СН 2 поліхлоропрен Неопрен хімічно стійка гума

    Переробка полімерів

    Формування - це процес виготовлення шляхом формування рідкої або податливої сировини з використанням жорсткої рами, званої формою або матрицею. Це саме, можливо, було зроблено за допомогою візерунка або моделі кінцевого об'єкта. Компресійне формування - це процес формування, при якому пластичний матеріал поміщається безпосередньо в нагріту металеву форму, потім розм'якшується теплом і, отже, змушений відповідати формі форми, коли форма закривається. Трансферне формування (bRe лиття) - це виробничий процес, коли ливарний матеріал витісняється у форму. Трансферне формування відрізняється від компресійного формування тим, що форма укладена [Hayward], а не відкрита для заповнення плунжера, що призводить до більш високих допусків розмірів та меншого впливу на навколишнє середовище.

    Лиття під тиском - це виробничий процес виготовлення деталей шляхом впорскування розплавленого матеріалу у форму. Лиття під тиском може виконуватися з безліччю матеріалів, головним чином, включаючи метали (для яких процес називається литтям під тиском), скла, еластомери, кондитерські вироби та найчастіше термопластичні та термореактивні полімери. Екструзія - це процес, який використовується для створення об'єктів фіксованого профілю поперечного перерізу. Через матрицю потрібного перетину проштовхують матеріал. Малювання - це подібний процес, який використовує міцність на розрив матеріалу, щоб витягнути його через матрицю. Це обмежує кількість змін, які можуть бути виконані за один крок, тому вона обмежується більш простими формами, і зазвичай потрібні кілька етапів. Креслення - основний спосіб виготовлення дроту. Металеві прутки і трубки також часто витягуються.

    Медичне використання полімерів
    Цікаве застосування полімерів - заміна хворих, зношених або відсутніх частин в організмі. Наприклад, близько 250 000 тазостегнових суглобів і 500 000 колін замінюються в лікарнях США щороку. Штучні кульово-розеткові тазостегнові суглоби виготовляються зі спеціальної сталі (кульової) і пластмаси (розетка). Люди, калічені артритом або травмами, отримують свободу рухів і позбавлення від болю. Пацієнтам з проблемами серця і кровообігу можна допомогти заміною зношених клапанів серця деталями на основі синтетичних полімерів. Це лише деякі з багатьох біомедичних застосувань полімерів.
    Малюнок \(\PageIndex{2}\): Заміна кульшового суглоба. Синтетичні полімери є важливою частиною заміщення тазостегнового суглоба. Тазостегновий дуже схожий на кульово-розетковий суглоб, і тотальні заміни тазостегнового суглоба імітують це металевою кулькою, яка поміщається в пластикову чашку.
    Малюнок
    Приклад\(\PageIndex{1}\)

    Намалюйте полімер, який виходить в результаті полімеризації тетрафторетилену.

    Рішення

    У випадку з цим мономером подвійний зв'язок відкривається і приєднується до інших мономерів, як і з етиленом. Полімер, який виготовляється, має таку структуру:

    Вправа\(\PageIndex{1}\)

    Намалюйте полімер, який є результатом полімеризації наступних мономерів:

    а.

    б.

    Відповіді
    а.
    б.

    Резюме

    • Додаткова полімеризація - це коли молекули мономера зв'язуються один з одним без втрати будь-яких інших атомів.
    • Приклади додавання полімерів включають поліетилен, поліпропілен, полістирол, полівінілхлорид, політетрафторетилен та ін.
    • Багато предметів щоденного використання з упаковки, обгортання та будівельних матеріалів включають половину всіх синтезованих полімерів. Інші види використання включають текстиль, багато електронних корпусів приладів, компакт-диски, автомобільні деталі та багато інших виготовляються з полімерів.

    Автори та атрибуція