СИНТЕЗ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ - Пластические массы и изделия на их основе

Природные (естественные) органические высокомолекулярные соединения образуются в процессе биосинтеза в клетках растений и живых организмов и для использования выделяются из растительного и животного сырья с помощью экстракции, фракционного осаждения и других методов.

Природные неорганические высокомолекулярные соединения образуются в результате геохимических процессов, происходящих в земной коре.

Искусственные высокомолекулярные соединения получают путем химической модификации природных высокомолекулярных соединений за счет протекания химических реакций природного полимера с различными химическими агентами. Синтетические высокомолекулярные соединения получают из низкомолекулярных веществ - мономеров - по реакциям полимеризации или поликонденсации.

Синтез высокомолекулярного вещества из низкомолекулярных веществ (мономеров) возможен лишь только в том случае, если молекула мономера может взаимодействовать по крайней мере с двумя другими молекулами, т. е. если исходное вещество имеет в своей структуре двойные связи или является по меньшей мере бифункциональным, т. е. содержит не менее двух функциональных групп, которые могут взаимодействовать между собой. К функциональным группам относятся кислород-азот-серосодержащие группы типа

Пластические массы и изделия на их основе.

В настоящее время химия высокомолекулярных соединений располагает методами синтеза веществ, построенных как из одинаковых, многократно повторяющихся звеньев (--А -- А -- А-- А --), так и из различных беспорядочно расположенных звеньев ( -- А -- В -- В -- А -- В -- А -- А -- А --). Возможен и синтез высокомолекулярных веществ, построенных из различных элементарных звеньев, но со строго определенным их расположением. Правда, следует отметить, что такой синтез технологически достаточно труден.

Характерной особенностью высокомолекулярных соединений является влияние условий проведения синтеза на свойства образующегося продукта. Этим синтез высокомолекулярных соединений отличается от синтеза низкомолекулярных веществ, где изменение условий проведения реакции влияет только на количественный выход продукта.

В зависимости от метода и условий синтеза высокомолекулярного соединения изменяется его средняя молекулярная масса, а также количество макромолекул различной длины (изменяется полидисперсность полимера).

В настоящее время известно четыре основных метода синтеза высокомолекулярных соединений:

    - полимеризация; - поликонденсация; - ступенчатая полимеризация; - реакции превращения.

Наиболее распространенными из них являются два первых метода.

Полимеризация представляет собой цепную реакцию получения высокомолекулярных соединений, в ходе которой молекулы мономера последовательно присоединяются к активному центру, находящемуся на конце растущей цепи.

Как всякая цепная реакция, процесс полимеризации состоит по крайней мере из трех основных элементарных стадий.

    1) Образование активного центра, связанное с инициированием молекул мономера, т. е. переходом их в активное состояние: А ---> А*. 2) Рост цепи, характеризующийся ростом макромолекул и переходом активного центра на какую-либо другую частицу:

3. Обрыв цепи, связанный с гибелью активного центра в результате реакции с другим активным центром или каким-либо иным веществом.

Активными центрами в реакциях полимеризации могут являться либо свободный радикал, либо ион. В зависимости от этого различают радикальную и ионную полимеризацию.

При радикальной полимеризации активными центрами являются свободные радикалы - электронейтральные частицы, имеющие один или два неспаренных электрона, благодаря чему свободные радикалы легко вступают в реакции с различными мономерами.

В зависимости от способа образования свободных радикалов различают термическую, фотохимическую, радиационную полимеризацию, а также полимеризацию под действием химических инициаторов, в качестве которых могут применяться перекиси и другие легко распадающиеся химические соединения.

При ионной полимеризации активными центрами являются положительно и отрицательно заряженные частицы - ионы, образующиеся в присутствии катализаторов, в качестве которых выступают соединения металлов, легко отдающие или принимающие электроны. В зависимости от заряда образующегося иона различают катионную и анионную полимеризацию.

При катионной полимеризации растущая цепь имеет положительный заряд, при анионной полимеризации растущие цепи несут на концах цепей отрицательный заряд.

Поликонденсация - это реакция образования высокомолекулярных соединений из нескольких молекул мономеров одинакового или различного строения, протекающая по механизму замещения функциональных групп.

Реакции поликонденсации протекают с выделением низкомолекулярных продуктов (воды, аммиака, спирта, хлористого водорода и др.), вследствие чего элементарный состав образующегося полимера отличается от элементарного состава исходных веществ - мономеров. Непременным условием протекания реакции поликонденсации является содержание в мономерах не менее двух функциональных групп ( -- ОН, -- СООН, -- МН2 и др.). Функциональность исходных веществ оказывает большое влияние на строение и свойства получаемых продуктов. Известно несколько способов проведения реакций синтеза (полимеризации или поликонденсации) высокомолекулярных соединений:

    - полимеризация и поликонденсация в блоке или массе; - полимеризация и пол и конденсация в растворе; - полимеризация и поликонденсация на поверхности раздела фаз (эмульсионная или суспензионная); - полимеризация и поликонденсация в расплаве; - полимеризация и поликонденсация в твердой фазе; - полимеризация в газовой фазе.

Каждый из применяемых методов проведения реакций синтеза высокомолекулярных соединений имеет свои достоинства и недостатки, исходя из которых и происходит выбор метода синтеза высокомолекулярного соединения, технологического режима его осуществления, с учетом требуемой чистоты получаемого продукта и технологии его переработки с целью изготовления тех или иных изделий, а также необходимости получения материалов и изделий с оптимальным комплексом потребительских свойств.

Похожие статьи




СИНТЕЗ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ - Пластические массы и изделия на их основе

Предыдущая | Следующая