04/07/2001

Как делаются полимеры?

Синтетические полимеры получаются в результате химических реакций, называемых «полимеризациями». Существуют различные формы полимеризаций — слишком много места потребовалось бы для их описания, но все такие реакции состоят из повторяющихся химических связываний отдельных молекул, или мономеров. Различные комбинации температуры, давления и катализаторов изменяют химические связи, которые скрепляют мономеры, побуждая их связываться друг с другом. Очень часто при этом создается линейная структура, цепь мономеров, называемая полимером.

Некоторые полимеризации соединяют вместе целые мономеры, другие — только части мономеров и создают «остаточные» материалы, или побочные продукты. Если в реакции участвуют два или более разных мономеров, то получаются сополимеры. Два или более полимера могут комбинироваться для производства сплава или смеси, которые имеют свойства каждого компонента.

Например, рассмотрим обычный полиэтилен, из которого сделаны бакалейные ящики, игрушки, бутылки. Мономер этилен состоит из двух атомов углерода, связанных с двумя атомами водорода и объединенных двойной связью друг с другом. Полиэтилен состоит из цепи связанных атомов углерода, каждый из которых несет на себе два атома водорода.

Один способ получения полиэтилена называется "полимеризация свободных радикалов". Как и в других полимеризациях, процесс имеет три стадии, известные как инициация, размножение и окончание. Для начала необходимо добавить катализатор в исходный этилен. Обычным катализатором является пероксид бензола (бензила), который при нагревании разделяется на два фрагмента, каждый с одним неспаренным электроном, или свободным радикалом. Эти фрагменты известны как инициирующие фрагменты.

Неспаренный электрон обычно ищет другой электрон и находит свою цель в двойной связи между атомами углерода в молекуле этилена. Беря электрон из карбоновой связи, инициирующий фрагмент привязывает себя к одному из атомов углерода мономера.

Реакция инициации порождает другой свободный радикал, относящийся к молекуле этилена другого атома углерода. Новый радикал также ищет партнера. И таким образом этиленовые мономеры начинают выстраиваться в цепочку, каждый раз создавая новые радикалы и удлиняя саму цепочку. Этот этап называется размножением.

Увеличивающиеся цепочки могут также соединяться друг с другом. Обычно они соединяются конец к концу, но иногда и посередине, создавая ветвящиеся молекулы полиэтилена.

В конце концов, полимеризация свободных радикалов заканчивается благодаря так называемым реакциям окончания. Например, вместо кражи электрона из карбонов с двойной связью или из ближайшей размножающейся цепочки, атом углерода со свободным радикалом крадет весь атом гидрогена с конца другой цепочки. Конец полимера, оставшийся без своего гидрогена, легко образует двойную связь с близлежащим атомом углерода, и полимеризация прекращается.

Поскольку каждая часть мономера этилена оказывается включенной в готовый полимер, полимеризация свободных радикалов обычно называется дополнительной полимеризацией, — молекулы этилена просто добавляются друг к другу. Полимеризации же, использующие лишь части мономера, называются "уплотняющими полимеризациями". Уплотняющиеся мономеры должны иметь как минимум две реагирующие группы для создания цепочки. В результате этих реакций получаются уплотненные полимеры, масса которых меньше, чем объединенная масса исходных мономеров и побочных продуктов, называемых "конденсатами".

апример, полиэтилентерефталат — полиэстр, известный как ПЭТ (PET), в основном используемый для производства пластиковых бутылок из-под газированной воды, образуется в результате реакции двух мономеров. По завершении реакции атом водорода и хлора вне каждого молекулярного соединения ПЭТ'а образуют в качестве побочного продукта газ — хлорид водорода (HCI).

Версия для распечатки