- •Тверской государственный технический университет
- •Е.А. Панкратов, н.Ю. Старовойтова
- •Химия и физика полимеров
- •Часть 1
- •Химия и физика полимеров
- •Часть I
- •Учебное пособие
- •170026, Г. Тверь, наб. А. Никитина, 22
- •Список условных сокращений
- •Введение в специальность
- •Основные понятия и определения
- •1.2. Молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение
- •1.3. Важнейшие свойства полимерных веществ
- •1.4. Классификация полимеров
- •1.5. Номенклатура полимеров
- •Основные принципы номенклатуры регулярных линейных однотяжных органических полимеров
- •Основные принципы номенклатуры сополимеров
- •2. Синтез полимеров: поликонденсация
- •Основы теории поликонденсации
- •Характеристика процесса
- •Функциональность мономера
- •Классификация поликонденсационных процессов
- •Гомо- и гетерополиконденсация
- •Типы химических реакций, используемых при поликонденсации
- •И типы полимеров, образующихся при поликонденсации
- •Возможность образования низкомолекулярных гетероциклических соединений при поликонденсации
- •Равновесная поликонденсация
- •Особенности равновесной поликонденсации
- •Начало роста цепи
- •Процесс роста цепи
- •Остановка роста цепи
- •1. Наличие в системе выделяющегося низкомолекулярного продукта реакции и установление равновесия между прямой и обратной реакциями.
- •Механизмы реакций равновесной поликонденсации
- •Кинетика равновесной поликонденсации
- •Неравновесная поликонденсация
- •Особенности неравновесной поликонденсации
- •Кинетика неравновесной поликонденсации
- •Способы проведения поликонденсации
- •Поликонденсация в твердой фазе, расплаве, растворе
- •Поликонденсация в эмульсии
- •Межфазная поликонденсация
- •Трехмерная поликонденсация
- •Совместная поликонденсация
- •3. Синтез полимеров: полимеризация
- •3.1. Основы теории полимеризации
- •Характеристика процесса
- •Цепные и ступенчатые реакции полимеризации
- •Термодинамика полимеризации
- •Миграционная полимеризация
- •3.3. Радикальная полимеризация
- •3.3.1. Характеристика радикальных процессов
- •Мономеры
- •Инициирование
- •Рост цепи
- •Обрыв цепи
- •Кинетический анализ радикальной полимеризации Вывод общего кинетического уравнения радикальной полимеризации
- •Типичная кинетическая кривая радикальной полимеризации
- •Ингибиторы и замедлители радикальной полимеризации
- •Влияние различных факторов на скорость полимеризации и молекулярную массу полимера
- •Методы проведения полимеризации
- •Полимеризация в массе мономера
- •Полимеризация в растворителе
- •Полимеризация в суспензии
- •Эмульсионная полимеризация
- •Радикальная сополимеризация
- •Характеристика процесса
- •Уравнение состава сополимера
- •Константы сополимеризации, их физический смысл
- •Ионная полимеризация
- •Характеристика ионных процессов
- •Активные центры ионной полимеризации
- •Катионная полимеризация
- •Инициаторы катионной полимеризации
- •Реакционная способность мономеров
- •Механизм катионной полимеризации
- •Анионная полимеризация
- •Механизм действия анионных инициаторов. В зависимости от типа взаимодействий можно выделить 2 механизма инициирования анионной поликонденсации.
- •Ионно-координационная полимеризация
- •Алфиновые катализаторы
- •Катализаторы Циглера-Натта
- •Оксидные катализаторы
- •Ионная сополимеризация
- •4. Химические превращения
- •Особенности химических реакций полимеров
- •Полимераналогичные превращения
- •Реакции, приводящие к увеличению молекулярной массы
- •Реакции, приводящие к уменьшению молекулярной массы
- •Старение полимеров
- •Библиографический список
Полимераналогичные превращения
Реакции полимераналогичных превращений относятся к реакциям звеньев.
Реакционная способность функциональных групп полимера не зависит от величины молекулярной массы. Скорость превращения функциональных групп и однородность получаемых продуктов в первую очередь определяется возможностью подхода реагента к функциональным группам.
Условия, облегчающие подход реагента к функциональным группам:
растворение полимера или набухание для сетчатых полимеров;
механическое измельчение полимера, если он нерастворим;
повышение температуры реакции по сравнению с процессом с участием низкомолекулярных реагентов;
применение катализатора.
Применение этих способов ограничивается возможностью деструкции цепи под влиянием температуры или химических реагентов.
Полимераналогичные превращения могут происходить в цепях целлюлозы (получение сложных и простых эфиров), поливинилацетата и поливинилового спирта. Приведем пример реакции для поливинилацетата:
Реакции, приводящие к увеличению молекулярной массы
Реакции в макромолекулах, приводящие к увеличению молекулярной массы, относятся к макромолекулярным реакциям, которые делятся на два типа.
Реакции структурирования – макромолекулярные реакции, сопровождающиеся образованием поперечных химических связей и приводящие к образованию полимеров пространственного строения. Если сетка образуется при помощи специально вводимых веществ (сшивающих агентов), этот процесс называют сшиванием (в производстве резин – вулканизацией); если сетка образуется из полифункциональных олигомеров или плейномеров, такой процесс называется отверждением.
Макромолекулярные реакции без образования межмолекулярных химических связей, к которым относятся реакции получения блок-сополимеров, привитых сополимеров и удлинения цепи.
Привитые сополимеры АВ-типа (бинарные) получают тремя методами (рис. 10):
полимер А + полимер B (grafting onto; взаимодействие полимера, содержащего активные центры вдоль по цепи, с полимером, содержащим активные центры на концах макромолекул);
полимер А + мономер В (grafting from; взаимодействие полимера, содержащего активные центры вдоль по цепи, с мономером);
с омономер А + полимер В + инициатор (grafting through; взаимодействие полимера, содержащего реакционноспособные группы на конце цепи – как правило, кратные связи – с сомономером; в этом случае для проведения реакции требуется инициатор).
Блок-сополимеры АВ-типа (бинарные сополимеры) получают тремя методами:
мономер А + мономер В (реакции полимеризации);
полимер А + мономеры В (взаимодействие полимера, содержащего концевые функциональные группы или другой активный центр, с мономером – например, получение «живого» полимера анионной полимеризацией,);
полимер А + полимер В (межцепные реакции – взаимодействие двух или более полимеров или макрорадикалов друг с другом непосредственно или с помощью низкомолекулярного соединяющего агента).
Второй и третий методы основаны на макромолекулярных реакциях.