Polimerizare

Polimerizarea

Polimerizarea este procesul prin care mai multe molecule identice nesaturate se unesc formand o macromolecula.

1.Definitii

In reactiile de polimerizare "n" molecule de substanta "M" se unesc formand macromoleculele care au aceeasi compozitie cantitativa cu a substantei care polimerizeaza, insa produsul rezultat are proprietati complet diferite. Reactia de polimerizare poate fi scrisa foarte simplu:

nM M_n

Molecula de materi prima nesaturata M se numeste monomer, iar unitatea de structura care formeaza lantul macromoleculei se numeste mer.

Pentru a intelege mai bine notiunile fundamentale din domeniul polimerizarii sa va examina cazul ciocnirii de vinil care este un monomer avand o dubla legatura vinilica si care este capabila sa polimerizeze rezultand policlorura de vinil:

monomer (clorura de vinil) polimer (policlorura de vinil) policlorura de vinil

In acest caz, merii au aceeasi compozitie elementara ca si monomerul.

Numarul de unitati structurale (numarul de meri) dintr-o macromolecula reprezinta gradul de polimerizare care are in compozitie unitati structurale identice se numeste "homopolimer".

Cand in procesul de polimerizare intervin doi sau mai multi monomeri diferiti ce se leaga formand macromolecule , procesul se numeste copolomerizare, materiile prime respective - comonomeri, iar produsul final - copolimer. Exemple de comonomeri: butadiene si stirenul. Rezultatul copolimerizarii: copolimerul butadiene-stiren.

Reactiile de polimerizare sunt exoterme, valoarea caldurii de reactie variind intre -17,2 si -24.38 kcal/mol, si sunt favorizate de temperature scazute si de presiuni ridicate.

2.Agenti de polimerizare

Sunt substante chimice care intervin in procesul de polimerizare, inluentand direct desfasurarea procesului de polimerizare si proprietatile polimerului rezultat si anume:

initiatorii sunt substante care formeaza usor radicali liberi si care activeaza si initiaza formarea lantului polimerului prin mecanismul radicalic. Dintre acestia se pot cita peroxizii organici ,peroxizii anorganici, azo-izobutironitrul etc;

catalizatorii sunt substante care maresc viteza de polimerizare prin ionii pe care ii formeaza impreuna cu monomerul. Exemple de catalizatori complecsi descoperiti in 1955 asa-numiti catalizatori sterospecifici sunt reprezentati prin tritil-aluminiu Al(C₂H₅)₃, tripropil-aluminiu AL(C₃H₇)₃. trietil-borul B(C₂H₅)₃ si un cocatalizator TiCl₄; TiCl₃; CoCl₂; BCl₃ etc;

inhibitorii sunt substante care intrerup reactia de polimerizare formand cu radicalii existenti substnte stabile. Industrial se utilizeaza ca inhibitori:Chinone, nitro-derivanti, polifenoli, anmine, saruri de metale grele ale unor acizi organici, oxigen etc. ;

modificatorii (regulatorii) sunt substante care regleaza gradul de polimerizare intrerupand procesul la anumite valori ale acestuia. Drept modificatori se citeaza: mercaptani, aldehide, alcooli. ;

mediile de polimerizare definesc in parte si diferite procedee de polimerizare. Ele au rolul dispersarii monomerului, moderand reactia de polimerizare prin imbunatatirea evacuarii caldurii de polimerizare, dizolvand polimerul obtinut sau mentinandu-l in suspensie sau emulsie. Mediile de polimerizare pot fi gazoase, formate din gaze inerte (azot, heliu, argon) sau lichide, formate din dizolvanti sau apa;

emulgatorii si coloizii de protectie sunt substante care ajuta la realizarea unei dispersii omogene a monomerului si a polimerilor in mediul de polimerizare formand o emulsie, precum si la stabilirea acesteia, atat in procesul de polimerizare, cat si in prelucrarea dispersiei. Aceste substante numite emulgatori sunt: saruri ale acizilor organici cu lanturi lungi, sulfanati, etoxilati, carbometil - celuloza, alcoolul polivinilic etc. Stabilitatea dispersiei se realizeaza prin coloizi de protectie care se fixeaza pe particule fin divizate emulsionate sau suspendate, impiedicand reaglomerarea.

Nu toti agentii de polimerizare se utilizeaza intr-un proces de polimerizare, ci numaii cei specifici metodei respective.

3.Metode de polimerizare

In indistrie se recurge la diferite metode de polimerizare care se clasifica dupa modul in care se realizeaza procesul si utilizeaza agentii de polimerizare in:

polimerizarea in bloc sau in masa se realizeaza cand insasi monomerul constituie si mediul de polimerizare. Dupa cum s-a aratat, mediul de polimerizare poate fi gazos sau lichid. Are avantajul de a fi cea mai simpla dintre metode;

polimerizarea in solutie se realizeaza intr-un mediu de polimerizare in care este solubil si monomerul si polimerul. Din aceasta metoda de polimerizare rezulta o solutie omogena de polimer in solvent care poate fi utilizata ca atare sau din care polimerul poate fi precipitat, separat, uscat si utilizate;

polimerizarea in dispersie se realizeaza atunci cand monomerul si mediul de polimerizare formeaza faze distincte insa intr-un grad avansat de amestecare. Dimensiunea particulelor dispersate subdivide acest procedeu in polimerizarea in suspensie, cand dimensiunile particulelor de monomer sunt de ordinul milimetrilor, si polimerizarea in emulsie, cand dimensiunile particulelor sunt de ordinul micronilor si formeaza cu mediul de polimerizare si cu ajutorul emulgatorilor o emulsie;

polimerizarea stereospecifica a fost realizata pentru prima data in anul 1955. Ea se aplica alchenelor alfa substituite si dialchenelor. Prin polimerizarea stereospecifica, moleculele stereoizomere se leaga in macromolecula in structuri spatiala ordonate, bine definite, cu o cristalinitate inalta. Luand spre exemplu propilena, care are o molecula asimetrica, ea poate fi reprezentata geometric:

Legaturile propilenei intr-o macromolecula pot si realizate in mai multe feluri, formand catene carora li s-au dat denumirile : Atactica; Izotactica; Sindiotactica.

In catena atactica succesiunea elementelor constructive nu urmeaza nici o regula. In catena izotactica unitatile structurale se dispun una dupa alta, exact in aceeasi pozitie spatiala. Structura sindiotactica reproduce unitatile structurale identice numai la intervale de doua molecule.

Produsul rezultat din polimerizarea stereospecifica cu catalizatori stereosfecifici poarta numele polimeri stereospecifici.

4.Proprietatiile polimerilor.

Proprietatea cea mai insemnata a compusilor macromoleculari, aceea pe care se bazeaza principalele lor utilizari practice, este marea lor rezistenta mecanica la tractiune, rupere, indoire, abraziune, forfecare etc.

Natura monomerului, structura polimerului, gradul de polimerizare, agentii de polimerizare utilizati, tipul de polimerizare sunt factorii principali care determina proprietatile fizico-mecanice ale polimerizare sintetici. Diversitatea conditiilor in care se obtin polimerii fac ca proprietatile fizico-mecanice, cum ar fi: rezistenta la intindere, la incovoiere, la soc, plasticitatea, elasticitatea, proprietatea de a forma pelicule si fire, rezistenta electrica, rezistenta la elctroliti, imbatranirea etc. sa fie diferite.

Dupa proprietatile tehnice, ploimerii se impart in: elastomeri si plastomeri.

Elastomerii se caracterizeaza prin capacitatea de a se deforma reversibil cu multe sute de procente sub actiunea unor forte mici. Ei au proprietati asemanatoare cu cauciucul natural.

Plastomerii se caracterizeaza prin deformari reversibile mici, de pina la 25%.

Marea majoritate a polimerilor sunt termoplaste, adica se prelucreaza sub actiunea caldurii, prin procese reversibile de inmuiere si prin racire de intarire.

Dintre polimerii cu aplicatii mai largi se citeaza:

plastomeri : politilena, polipropilena, polistiren, policlorura de vinil, policetat de vinil, polimetacrilat de metil, poliacrilonitil, copolimer ABS (acrilonitril + butadien + stiren), poliacrilati etc.

elastomeri: poliizobutena, polibutadiena, copolimer butadien-stiren, poliizopren, copolimer izopren-stiren etc.

Rasini de polimerizare solubile in apa - pe qgasesc.com