10.6.3. Полімеризація алкенів

_І

Полімеризацією називається процес утворення високо-молекулярних сполук (полімерів} з низькомолекулярних речовин (мономерів).

У реакцію полімеризації можуть вступати молекули одного й того ж мономеру, а також молекули двох і більше різних моно­мерів. Полімер, що складається з однакових мономерів, назива­ється гомополімером, а полімер, до складу якого входять два і біль­ше різних мономерів,— кополімером (співполімером). Реакція добування кополімерів називається реакцією кополімеризації (спів­полімеризації).

Полімеризація алкенів являє собою процес послідовного зв'я­зування молекул алкену одна з одною внаслідок розриву подвій­ного зв'язку. У загальному вигляді полімеризацію алкенів можна зобразити такою схемою:

V У гі її

и ^с=сГ —\-с—с—

мономер полімер

Кількість мономерних ланок л, які повторюються, називають ступенем полімеризації. Залежно від ступеня полімеризації з одно­го й того ж мономеру можна здобувати речовини з різними влас­тивостями. Процес полімеризації здійснюється в присутності ка­талізаторів (ініціаторів) і включає три основні стадії: зародження ланцюга (ініціювання), зростання ланцюга, обрив ланцюга.

... + Я₂С^=СЩ + Н₂СЯ=СН₂ + ...

*- ... —СН₂—СН₂—СН₂—СН₂ ...

116

Ненасичені вуглеводні. Глава 10

_{? т}

с—с-

I І

н н

п /С=С^ Ж ТІ

поліетилен

яН₂С=СН

І

пропілен СН,

Полімеризація алкенів відбувається при високих тиску і тем­пературі, а також у присутності різноманітних каталізаторів (пе-роксидних сполук, протонних кислот, кислот Льюїса, металоорга­нічних комплексів та ін.).

-сн-

I

сн,

-сн

і СН СНо"

І

СН,

поліпропілен СН₃

З використанням комплексних металоорганічних каталізато­рів полімеризація отримала назву координаційної.

Каталізатори А1(С₂Н₅)₃ • ТіС1₄ дістали назву каталізаторів Ціг­лера—Натта.

Полімеризація алкенів у присутності каталізаторів Ціглера— Натта дозволяє отримувати високомолекулярні полімери при відносно низькому тиску й температурі. Цей метод широко засто­совується в промисловості для виробництва поліетилену та полі­пропілену низького тиску.

Важливою особливістю координаційної полімеризації є її сте­реохімічна спрямованість. Полімер нерегулярної будови назива­ють атактичним. Полімеризація алкенів з використанням каталі­затора Ціглера—Натта приводить до утворення стереорегулярного полімеру, що дістав назву «ізотактичний». Нижче наведено прос­торову будову атактичного та ізотактичного поліпропілену:

нсн₃н₃снн₃с н н сн₃

І V У V ^ с с с с

сн,

сн,

сн,

_{\ / \ / ч у ч / ч /}

СН, СН-)

атактичний поліпропілен

нсн₃ нсн₃ нсн₃ нсн₃ У V V V

\ С С С X

сн₂ сн₂ сн₂ сн₂ сн₂

ізотактичний поліпропілен

Ізотактичні полімери порівняно з атактичними мають більшу міцність і вищі температури плавлення.

Поліетилен — твердий, білого кольору, жирний на дотик, на­гадує парафін. Горить голубим полум'ям, що слабко світиться. Розчини кислот, лугів, окисників на нього не діють. Концентро­вана нітратна кислота руйнує поліетилен. Це діелектрик, тому придатний для ізоляції електродротів та кабелів. Використовуєть­ся також як пакувальний матеріал.

Оскільки поліетилен — хімічно стійка речовина, з нього виго­товляють деталі в хімічному приладобудуванні, ємкості для збері­гання й транспортування агресивних рідин.

Поліпропілен має багато спільного з поліетиленом: твердий, жирний на дотик, білого кольору. Молекулярна маса коливається від 80 000 до 200 000. Стійкий до агресивних середовищ, міцний. З поліпропілену виготовляють ізоляційний матеріал, труби, хіміч­ні прилади, технічні тканини, канати. Вироби з поліпропілену ви­тримують більш високі температури (до 140 °С), ніж вироби з по­ліетилену.

Якщо в молекулі етилену замінити всі атоми Гідрогену на ато­ми Флуору, то отримаємо нову речовину — тетрафторетилен СР₂=СР₂ (лер-фторетилен):

иСР₂=СР₂ (~СР₂—СР₂—)„

Політетрафторетилен (фторопласт-4, тефлон) — речовина мо­лочно-білого кольору, молекулярна маса лежить у межах 500 000— 2 000 000; абсолютно хімічно стійкий, не змінює свої фізичні вла­стивості від -269 до +200 °С; зберігає властивості діелектрика від -60 до +200 °С. Предмети, виготовлені з нього, гнучкі, але міцні. З тефлону виготовляють хімічне обладнання.