9. Полимеризация алкенов
Полимер это макромолекула, состоящая из большого числа повторяющихся звеньев. Он образуется путем последовательного присоединения малых молекул, называемых мономерами. Полимер, полученный из одинаковых мономеров, называют гомополимером. Полимер, полученный из нескольких различных мономеров, называется сополимером или гетерополимером.
Полимеры можно разделить на три класса:
- полимеры природные (выделенные из природных продуктов),
искусственные (то есть полученные воздействием каких-то химических реагентов на природные полимеры) и, наконец,
синтетические (полученные на химических заводах из веществ небольшого молекулярного веса, называемых мономерами, молекулы которых становятся звеньями полимерной цепи).
Простейшим и наиболее важным способом получения полимеров является полимеризация процесс, в котором мономеры последовательно, строго определенным образом присоединяются друг к другу с образованием очень длинной цепи. Этот процесс инициируется радикалами, катионами, анионами и металлорганическими соединениями. Полимеризация алкенов проходит по типу:
Полимеры имеют концевые группы, но они являются лишь ничтожной частью полимера, и поэтому их характер не учитывается при рассмотрении характера самого полимера.
А. Радикальная полимеризация
Большую часть полимеров получают свободнорадикальной полимеризацией мономеров. Как и в других свободнорадикальных реакциях, полимеризация включает стадии инициирования, развития и обрыва цепи. Инициаторами свободнорадикальной полимеризации служат перекиси и другие соединения, способные распадаться на радикалы в мягких условиях.
и т. д.
Полиэтилен высокого давления получают полимеризацией этилена в присутствии небольшого количества кислорода - источника радикалов. Полимеризация этилена проводится при повышенной температуре (> 100оС) и давлении 1500-2500 атм.
(78)
полиэтилен
Полиэтилен широко применяется в быту - из него делают прозрачную беловатую пленку, он идет на изготовление изоляционных материалов для радиотехнических устройств, им пропитывают ткани и бумагу.
Полиэтилен легко отличить от других полимерных материалов. Внесите кусочек полиэтиленовой пленки в пламя газовой горелки. Полиэтилен расплавится, будет стекать каплями, затем загорится сначала голубоватым, потом желтым пламенем. При этом ощущается запах парафина.
При обычной температуре полиэтилен не растворяется, ни в каких растворителях, но стоит погрузить его в четыреххлористый углерод или толуол и поднять температуру до 800С, как он начнет набухать, а затем растворяться.
Основным способом присоединения мономеров друг к другу при радикальной полимеризации является присоединение типа «голова к хвосту».
(79)
винилхлорид поливинилхлорид (ПВХ)
Поливинилхлорид, полученный при радикальной полимеризации винилхлорида, имеет среднюю молекулярную массу около полутора миллионов. Он используется для производства труб, изготовления искусственной кожи, плащей, изоляционных материалов и шлангов.
Поливинилхлорид растворяется в ацетоне, хлороформе и этилацетате, еще лучше растворим, он в смеси ацетона с бензолом. Отличить поливинилхлорид от других полимеров нетрудно. Прокалите на газовой горелке медную проволоку, горячей проволокой коснитесь неизвестного вам полимерного материала и снова внесите проволоку в пламя. В присутствии хлора пламя окрасится в зеленый цвет.
При полимеризации смеси винилхлорида с винилиденхлоридом образуется сополимер, который под названием «саран» используется в упаковке для пищевых продуктов.
(80)
винилиденхлорид винилхлорид саран
Радикальную полимеризацию часто осуществляют в водной среде. Мономер эмульгируют в воде в присутствии детергента и к эмульсии добавляют водный раствор соли железа (II) и пероксида водорода. В этой редокс-системе генерируется гидроксид-радикал, который и вызывает полимеризацию:
Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH- + .OH. (81)
Полимер, получаемый в виде эмульсии, коагулируют при воздействии кислоты и подвергают дальнейшей обработке.
Акрилонитрил полимеризуется в полиакрилонитрил или орлон.
(82)
акрилонитрил полиакрилонитрил (орлон)