Polymerisation

Monomerer

Dessa är enkla molekyler av samma kemiska förening som genomgår polymerisation. Sådana molekyler måste uppfylla vissa kriterier:

1. De måste innehålla flera bindningar, vanligtvis dubbelbindningar, som kan brytas och som ett resultat frigör två elektroner vilket tillåter bildandet av nya bindningar.
2. De måste innehålla två reaktiva funktionella grupper i sin struktur.

En mer är den minsta, repetitiva delen av polymerkedjan. Den allmänna ekvationen för polymerisationsreaktionen har följande notation: _{MONOMER POLYMER MER}

Typer av polymerisation

Reaktionen som möjliggör bildandet av polymerer kan klassificeras efter dess mekanism. Så på grundval av mekanismen kan man skilja:

• kedjepolymerisation,
• polyaddition,
• kondensationspolymerisation.

Kedjepolymerisation

Oftast är det en radikalreaktion som endast inträffar för monomerer som innehåller flera bindningar som kan generera radikaler under brytning. Dessa radikaler har förmågan att kombineras till långa kedjor. Reaktionen består i upprepad bindning av monomerer till samma aktiva ställe. Denna reaktion måste alltid initieras av kemikalier som har förmågan att producera ett ljuskvantum som ett resultat av termiskt sönderfall eller redoxreaktioner av högenergiradikaler med kort livslängd och dålig resonansstabilisering. En stor del av polymererna (>70 %av vinylpolymererna) som produceras i industriell skala erhålls med denna metod. Dess fördelar är: hög effektivitet, enkel teknik, hög motståndskraft mot föroreningar, möjlighet att använda ett allmänt tillgängligt lösningsmedel – vatten, samt möjligheten att enkelt förutsäga processens kinetik. Kedjepolymerisationsreaktionen är uppdelad i flera steg: initiering, fortplantning – kedjeförlängning, kedjeöverföring och avslutning. Förutom radikalpolymerisation kan kedjemekanismen också vara anjonisk eller katjonisk. I fallet med anjonisk polymerisation, t.ex. i vinylmonomerer, utnyttjas den induktiva effekten av substituenterna. En grupp som kan attrahera elektroner kan inducera en positiv laddning som finns på intilliggande atomer på grund av den starkare bindningen av elektronparet i det dubbla obligation. I fallet med katjonisk polymerisation är det nödvändigt att använda monomerer inklusive en donatordel, t.ex. vinyletrar.

Polyaddition

Även känd som gradvis polymerisation, är processen baserad på omarrangemang av atomer mellan monomerer med bildning av biprodukter, precis som i fallet med kedjepolymerisation. Det är dock gradvis till sin natur.

Kondensationspolymerisation

Det är en typ av reaktion som endast förekommer för monomerer med minst två funktionella grupper som kan reagera med frisättning av en biprodukt, oftast i form av vatten. Det finns två möjliga typer av sådan kondensation. Heteropolykondensation – om monomeren innehåller två olika funktionella grupper som reagerar med varandra, eller homopolykondensation – om monomeren är uppbyggd av två identiska funktionella grupper. De kan bara reagera med en sammonomer, dvs den andra monomeren som finns i reaktionen, som innehåller andra funktionella grupper.

Klassificering av polymerer baserat på fysikaliska och kemiska egenskaper

1. Elastomerer – mycket flexibla, gummiliknande polymerer med förmågan att sträcka sig flera gånger och återgå till sina ursprungliga dimensioner, t.ex. tvärbunden polybutadien.
2. Duromers – utmärkta byggmaterial. Deras huvudsakliga egenskaper är: hårdhet, brist på flexibilitet och en mycket hög mekanisk hållfasthet. Tungt smältande polymerer från denna grupp kallas duroplaster. De inkluderar t.ex. bakelit och epoxihartser.
3. Plastomer – även känd som termoplaster, är något mindre styva än duromerer. Efter smältning är det möjligt att bearbeta dem, men upprepad värmebehandling har en negativ effekt på deras mekaniska och funktionella egenskaper. Denna grupp av polymerer inkluderar polyeten , polypropen , metylpolymetakrylat, etc.

Klassificering av polymerer baserat på ursprung

1. Naturliga polymerer är polyföreningar som förekommer i naturen. De kan användas direkt eller efter modifiering. De vanligaste är: a) naturgummi – polyisopren, som, när det utsätts för en svavelvulkningsprocess, möjliggör tillverkning av gummi (ca 3 %svavel) som används i olika packningar, däck, leksaker, flexibla tyger och hushåll föremål och ebonit (ca 25-30 %svavel) som används i batterilådor, kemiska apparater och isoleringsmaterial. b) polysackarider – såsom ribos, glukos, fruktos, stärkelse och cellulosa. Dessa är lättanvända material gjorda av monosackarider bundna av en glykosidbindning. Cellulosa används vid tillverkning av papper , lim eller rayon, och stärkelse används i praktiskt taget alla industrier, inklusive textilier, läkemedel och kosmetika. c) proteiner – deras monomerer är kända som α-aminosyror, såsom glycin, cystein och fenylalanin. De är de grundläggande beståndsdelarna i alla levande organismer och har olika biologiska funktioner. Aminosyrarester är sammanlänkade med peptidbindningar . De används främst inom livsmedelsindustrin och inom medicin.

2. Konstgjorda polymerer är konstgjorda föreningar som erhålls genom kemisk syntes. Polymerisation kan ske genom en kedjereaktion, polyaddition och polykondensationsmekanismer. Exempel inkluderar: a) kedjepolymerer , såsom: polyeten som används vid tillverkning av filmer, förpackningar eller leksaker, polypropen som används i isoleringsmaterial, vattenrör och karossdelar, samt polyvinylklorid som används vid tillverkning av golvbeläggningar, el. isoleringsmaterial, dörrar och fönster. b) syntetiska gummin , inklusive polybutadien som används i packningar, latexfärger och lim, och polykloropren som används i livflottar, dykardräkter och band som används för fysioterapiändamål. c) polyadditionspolymerer , t.ex. polyuretaner som används inom möbel-, bil- och skoindustrin, samt epoxihartser som finns i laminat, lim och olika typer av kompositer som används inom flyg, bilindustri och båtbyggnad. d) kondensationspolymerer , t.ex. polyestrar som oftast används som PET, dvs poly(etyltereftalat) för tillverkning av fat, flaskor, förpackningar och fibrer, polyamider, främst nylon, som ofta används som en komponent i strumpor, strumpbyxor, rep, tandborstar och Kevlar, polykarbonater som är genomskinliga termoplaster med mycket goda mekaniska egenskaper, som ofta används för skikt som gör glasbrottsäker, hjälmar och CD/DVD-skivor, fenoplaster som främst används som bakelit, aminoplaster och silikoner.

Läs även om emulsionspolymerisation .