Виды реакций образования полимеров, способы активации химической реакции.

Пост­роение макромолекул возможно двумя путями: полимери­зацией и поликонденсацией.

Полимеризация — реакция взаимного соединения моно­мерных соединений. В процессе полимеризации путем по­следовательного присоединения многих молекул мономера происходит образование полимера, но при этом не проис­ходит отщепления или выделения каких-либо атомов или молекул.

В результате реакции образуется высокомолекулярное соединение, отличающееся от исходного лишь величиной молекулы. Механизм реакции полимеризации заключается в активации некоторых молекул мономера под действием света или катализатора и в последующем присоединении к уже активизированным молекулам других молекул с обра­зованием длинных цепей. Присоединение продолжается до тех пор, пока энергия первоначально активизированной молекулы не рассеется.

Реакция полимеризации имеет цепной характер и скла­дывается из трех основных стадий.

1. Активация молекул мономера — индукционный пери­од, когда происходит разрыв двойных связей, предшествую­щий соединению молекул мономера. Образование полиме­ра крайне незначительно. Продолжительность индукцион­ного периода зависит от химической природы мономера, количества катализатора и температуры.

2. Рост цепи — главная фаза реакции, во время которой происходит образование основного количества полимера. После того как в реакционной массе возникли активные центры, обладающие высокой реакционной способностью, зависящей от внутримолекулярных колебаний или наличия свободных химических валентностей, начинается процесс роста цепи. Каждый активный центр обладает способнос­тью очень быстро присоединять другие молекулы. Весь про­цесс протекает при помощи свободных радикалов, возника­ющих на концах растущей цепи полимера. При этом акт присоединения имеет место при каждом столкновении, а это сопровождается освобождением большого количества энергии, каждый раз регенерирующей свободные валентно­сти. Этот период протекает по типу экзотермической реак­ции, то есть с выделением значительного количества тепла.

3. Обрыв цепи — образование макромолекулы заверша­ется моментом прекращения ее роста, что происходит по разным причинам. Поэтому в соответствии с воздействием отдельных факторов полимеризация заканчивается образо­ванием полимеров одинакового строения, но с различной длины молекулярной цепью, или, как принято говорить, полимер представляет собой смесь полимергомологов. Если в начале реакции имелось много активных центров (много тепла, большое количество катализатора), то возникают бо­лее короткие цепи, и образуется низкомолекулярный поли­мер. Небольшое количество первоначальной энергии ведет к образованию небольшого количества активных центров и соответственно к образованию высокомолекулярного по­лимера. Чем большую степень полимеризации удалось по­лучить (т.е. чем длиннее макромолекула), тем более высоки­ми свойствами будет обладать полимер.

К полимеризации склонны различные эфиры акриловой и метакриловой кислот. Совместно могут полимеризоваться молекулы двух или нескольких разных мономеров. Это важ­ное свойство мономерных соединений, называемое реакци­ей сополимеризации, позволяет синтезировать полимеры (сополимеры) с различными, заранее заданными свойства­ми. Меняя состав и соотношение мономеров, можно полу­чать сополимеры повышенной прочности (например, этакрил), изменять их эластичность, твердость и т.д. Кроме то­го, между линейно расположенными макромолекулами в процессе полимеризации могут образовываться попереч­ные связи, то есть образуется так называемый сшитый по­лимер.

«Сшивка» макромолекул может происходить и благодаря введению специальных веществ — «сшивагентов». «Сши­тые» полимеры обладают рядом повышенных свойств (твердость, теплостойкость).

Поликонденсация — процесс получения полимеров в ре­зультате соединения мономеров с образованием, наряду с высокомолекулярными, низкомолекулярных веществ (во­да, кислоты, аммиак и т.д.).