Polymerizace

Monomery

Jedná se o jednoduché molekuly stejné chemické sloučeniny, které podléhají polymeraci. Takové molekuly musí splňovat určitá kritéria:

1. Potřebují obsahovat vícenásobné vazby, obvykle dvojné vazby, které mohou být přerušeny a v důsledku toho se uvolní dva elektrony umožňující tvorbu nových vazeb.
2. Ve své struktuře musí obsahovat dvě reaktivní funkční skupiny.

Amer je nejmenší, opakující se část polymerního řetězce. Obecná rovnice polymerační reakce má následující zápis: _{MONOMER POLYMER MER}

Typy polymerace

Reakce, která umožňuje tvorbu polymerů, může být klasifikována podle jejího mechanismu. Takže na základě mechanismu lze rozlišit:

• řetězová polymerace,
• polyadice,
• kondenzační polymerace.

Řetězová polymerace

Nejčastěji se jedná o radikálovou reakci, ke které dochází pouze u monomerů obsahujících vícenásobné vazby schopné při štěpení generovat radikály. Tyto radikály mají schopnost se spojovat do dlouhých řetězců. Reakce spočívá v opakovaném připojení monomerů na stejné aktivní místo. Tato reakce musí být vždy iniciována chemikáliemi, které mají schopnost produkovat světelné kvantum v důsledku tepelného rozpadu nebo redoxních reakcí vysokoenergetických radikálů s krátkou životností a špatnou rezonanční stabilizací. Velká část polymerů (>70 %vinylových polymerů) vyráběných v průmyslovém měřítku se získává touto metodou. Jeho přednostmi jsou: vysoká účinnost, jednoduchá technologie, vysoká odolnost proti znečištění, možnost použití běžně dostupného rozpouštědla – vody a také možnost snadno předvídat kinetiku procesu. Řetězová polymerační reakce je rozdělena do několika fází: iniciace, propagace – prodlužování řetězce, přenos řetězce a ukončení. Kromě radikálové polymerace může být řetězový mechanismus také aniontový nebo kationtový. V případě aniontové polymerace, např. u vinylových monomerů, se využívá indukčního účinku substituentů . Skupina schopná přitahovat elektrony je schopna vyvolat kladný náboj přítomný na sousedních atomech díky silnější vazbě elektronového páru dvojného pouto. V případě kationtové polymerace je nutné použít monomery obsahující donorovou skupinu, např. vinylethery.

Polyadice

Proces, známý také jako postupná polymerace, je založen na přeskupování atomů mezi monomery za vzniku vedlejších produktů, stejně jako v případě řetězové polymerace. Má však postupný charakter.

Kondenzační polymerace

Jde o typ reakce probíhající pouze u monomerů s alespoň dvěma funkčními skupinami schopnými reagovat za uvolnění vedlejšího produktu , nejčastěji ve formě vody. Existují dva možné typy takové kondenzace. Heteropolykondenzace – pokud monomer obsahuje dvě různé funkční skupiny, které spolu reagují, nebo homopolykondenzace – pokud je monomer tvořen dvěma stejnými funkčními skupinami. Mohou reagovat pouze s komonomerem, tj. druhým monomerem přítomným v reakci, obsahujícím další funkční skupiny.

Klasifikace polymerů na základě fyzikálních a chemických vlastností

1. Elastomery – vysoce pružné, pryži podobné polymery se schopností několikanásobného natažení a návratu do původních rozměrů, např. síťovaný polybutadien.
2. Duromery – vynikající konstrukční materiály. Jejich hlavní vlastnosti jsou: tvrdost, nedostatek pružnosti a velmi vysoká mechanická pevnost. Těžce tavitelné polymery z této skupiny se nazývají duroplasty. Patří mezi ně např. bakelitové a epoxidové pryskyřice.
3. Plastomery – také známé jako termoplasty, jsou o něco méně tuhé než duromery. Po roztavení je možné je zpracovat, avšak opakované tepelné zpracování má nepříznivý vliv na jejich mechanické a funkční vlastnosti. Tato skupina polymerů zahrnuje polyethylen , polypropylen , methylpolymethakrylát atd.

Klasifikace polymerů podle původu

1. Přírodní polymery jsou polysloučeniny, které se vyskytují v přírodě. Mohou být použity přímo nebo po úpravě. Nejčastěji se používají: a) přírodní kaučuk – polyisopren, který po vulkanizaci sírou umožňuje výrobu kaučuku (cca 3 %síry) používaného v různých těsněních, pneumatikách, hračkách, pružných tkaninách a pro domácnost předměty a Ebonit (cca 25-30 %síry) používaný v bateriových boxech, chemických zařízeních a izolačních materiálech. b) polysacharidy – jako je ribóza, glukóza, fruktóza, škrob a celulóza. Jedná se o snadno použitelné materiály vyrobené z monosacharidů vázaných glykosidickou vazbou. Celulóza se používá při výrobě papíru , lepidel nebo umělého hedvábí a škrob se používá prakticky ve všech průmyslových odvětvích, včetně textilního, farmaceutického a kosmetického průmyslu. c) proteiny – jejich monomery jsou známé jako α-aminokyseliny, např. glycin, cystein a fenylalanin. Jsou základními složkami všech živých organismů a mají různé biologické funkce. Aminokyselinové zbytky jsou spojeny peptidovými vazbami . Používají se především v potravinářském průmyslu a v lékařství.

2. Umělé polymery jsou uměle vyrobené sloučeniny získané chemickou syntézou. Polymerace může probíhat řetězovou reakcí, polyadicí a polykondenzačními mechanismy. Příklady zahrnují: a) řetězové polymery , jako jsou: polyethylen používaný při výrobě fólií, obalů nebo hraček, polypropylen používaný v izolačních materiálech, vodovodních potrubích a částech karoserie automobilů, stejně jako polyvinylchlorid používaný při výrobě podlahových krytin, elektrických izolační materiály, dveře a okna. b) syntetické kaučuky , včetně polybutadienu používaného v těsněních, latexových barvách a lepidlech, a polychloroprenu používaného v záchranných člunech, potápěčských oblecích a páskách používaných pro účely fyzikální terapie. c) polyadiční polymery , např. polyuretany používané v nábytkářském, automobilovém a obuvnickém průmyslu, stejně jako epoxidové pryskyřice, které se nacházejí v laminátech, lepidlech a různých typech kompozitů používaných v letectví, automobilovém průmyslu a stavbě lodí. d) kondenzační polymery , např. polyestery nejčastěji používané jako PET, tj. poly(etyltereftalát) pro výrobu nádobí, lahví, obalů a vláken, polyamidy, především Nylon, hojně využívané jako součást punčoch, punčochových kalhot, provazů, zubních kartáčků a Kevlar, polykarbonáty jsou transparentní termoplasty s velmi dobrými mechanickými vlastnostmi, často používané pro vrstvy, které činí sklo odolné proti rozbití, helmy a CD/DVD, fenoplasty používané především jako bakelit, aminoplasty a silikony.

Přečtěte si také o emulzní polymeraci .