2. Химические основы реакций получения полимера
2.1. Особенности равновесной поликонденсации
Поликонденсация, так же как обычная конденсация, протекает за счет реакции между функциональными группами (OH, подвижный водород, COOH, NH2, галоген и т.д.) и приводит к образованию нового вещества. Это вещество состоит из остатков, которые ранее были соединены с указанными группами. Одновременно при этом обычно выделяются такие низкомолекулярные продукты, как вода, аммиак, соляная кислота, спирты и др. По характеру химических процессов, лежащих в основе реакций поликонденсации, различают равновесную и неравновесную поликонденсацию /9, с. 43/. Ниже будет рассмотрена равновесная поликонденсация.
Равновесная поликонденсация.
Примером обычной, равновесной, конденсации может служить реакция этерификации:
(2.1.)
или в общем виде
Здесь А и В- остатки
реагирующих молекул; a
и b-
функциональные группы; ab-
низкомолекулярный побочный продукт. В
этом случае не образуется высокомолекулярное
соединение, так как в продукте отсутствуют
группы COOH
и OH,
необходимые для дальнейшего связывания
остатков между собой. Однако если
молекулы каждого из исходных мономеров
содержат не менее двух функциональных
групп, реакция конденсации может
повторяться сколько угодно раз, и в
каждом случае в молекуле продукта
реакции останутся неиспользованные
функциональные группы. В результате
многократной конденсации, или
поликонденсации, образуется
высокомолекулярное соединение:
(2.2.)
и так далее.
Приведенный вид поликонденсации, когда в реакции участвует два или больше различных типов мономеров, причем функциональные группы одного из них реагируют только с функциональными группами другого, называется гетерополиконденсацией. Если в каждой мономерной молекуле находятся различные функциональные группы, способные реагировать между собой, возможна самоконденсация с участием одного лишь типа мономера, т.е. происходит гомополиконденсация:
(2.3.)
При поликонденсации можно в принципе остановить реакцию на любой стадии путем охлаждения и выделить промежуточные продукты.
Поликонденсация, в которой участвует два или больше мономеров одного типа, называется совместной или сополиконденсацией.
Теоретически рост макромолекулы при поликонденсации прекращается только тогда, когда прореагируют все функциональные группы всех мономеров и промежуточных продуктов реакции, когда образуется одна громадная макромолекула. Практически же поликонденсат состоит из достаточно большого числа молекул, отличающихся друг от друга по степени полимеризации (молекулярная полидисперсноть). Это объясняется течением некоторых побочных процессов, а так же и тем, что обычная поликонденсация является обратимой реакцией. Кроме того, по мере увеличения молекулярной массы возрастают пространственные затруднения. Поэтому поликонденсация останавливается, не доходя до конца.
Степень исчерпания функциональных групп, называемая полнотой или глубиной поликонденсации, зависит прежде всего от тщательности удаления из реакционной среды низкомолекулярных продуктов, препятствующих смещению равновесия в сторону образования полимера /9, с. 45/.