Tеория

Полимеризацией называется процесс соединения молекул мономера, приводящий к образованию макромолекул:

nM → Mn,

где М - молекула мономера; Mn - макромолекула, состоящая из n мономерных звеньев; n - степень полимеризации.

Молекулы мономера, вошедшие в состав макромолекул, становятся её мономерными звеньями. Элементный состав макромолекул (без учета концевых групп) не отличается от состава мономера.

Различают гомо- и сополимеризацию. Обязательными стадиями полимеризации являются инициирование и рост макромолекул. При инициировании в системе возникают активные частицы (А), способные начать реакцию роста с последовательным присоединением молекул мономера к активной частице:

А + М → АМ

АМ + М → АМ2...

АМn-1 + M → AMn

Механизм полимеризации определяется химической природой частиц AMn, являющихся промежуточными продуктами полимеризации.

Различают два основных вида полимеризации: цепную и ступенчатую.

В зависимости от механизма реакции полимеризация может быть радикальной и ионной.

Радикальная полимеризация инициируется веществами, способными в условиях реакции распадаться на свободные радикалы (пероксиды, персульфаты, диазо- и азосоединения и другие), а также действием тепла и света.

Радикалы инициаторов входят в состав молекулы полимера, образуя его конечную группу. Обрыв цепи происходит при столкновении молекулы растущего полимера либо с молекулой специально добавляемого регулятора роста цепи, либо с молекулой мономера. По этому механизму идет цепная полимеризация.

Ионная полимеризация происходит благодаря образованию из молекулы мономера реакционноспособных ионов в присутствии катализаторов (кислоты, безводные хлориды алюминия, бора и т.д.) При ионной полимеризации катализатор регенерируется и не входит в состав полимера.

Ионная полимеризация протекает как по цепному так и по ступенчатому механизму.

Существует несколько способов проведения полимеризации: в блоке, в растворе, в эмульсии. Разновидностью полимеризации в эмульсии является суспензионная полимеризация.

Полимеризация в блоке - это полимеризация мономера в отсутствие растворителя.

Полимеризация в растворе происходит либо в жидкости, смешивающейся с мономером и с образующимся полимером (лаковый способ), либо в среде, растворяющей только мономер. Тогда полимер выпадает в осадок и может быть отфильтрован. При таком способе применяют радикальные инициаторы и катализаторы ионной полимеризации, растворимые в реакционной среде. Преимущество метода - легкость отвода тепла, недостаток - трудность отделения от растворителя и необходимость гранулирования полимера.

Полимеризация в эмульсии - проводят в жидкой среде (чаще всего в воде), не растворяющей ни мономер, ни полимер. Для стабилизации эмульсии используют мыла. Поливиниловый спирт, карбоксиметилцеллюлозу другие вещества. При этом способе полимеризации обычно применяют водорастворимые низкотемпературные инициаторы. Кроме того в систему вводят регуляторы - буферные вещества для поддержания постоянного рН среды.

Суспензионная полимеризация идет в присутствии эмульгатора и инициатора. Полимер образуется в виде мелких гранул. Недостаток метода: необходимость отмывки полимера от эмульгатора.