スチレンの重合方程式。 ラジカル重合: メカニズム、反応速度論、熱力学。 ポリマー形成重合反応
研究室 1
溶液中でのスチレンの重合
理論部分
選択肢は 2 つあります 溶液中での重合:
1. ポリマーとモノマーは溶媒に可溶です。
2. モノマーのみが溶媒に可溶であり、ポリマーは生成時に沈殿します。
実践編
エクササイズ。
溶液中でのスチレンの重合中に起こる化学反応の方程式を書きます。2 つのレシピ (d) に従って、90 ~ 95°C で 4 時間スチレンの重合を実行します。 過酸化ベンゾイル - 0.4; ベンゼン-10.0 g; b) スチレン-20.0; 過酸化ベンゾイル-0.4; 四塩化炭素-10.0 ポリマーを単離し、配合ごとに収率(グラムと%)を決定します。 さまざまな溶媒中での重合速度を決定します。 得られたポリマーの有機溶媒への溶解度、熱との関係、酸と塩基の作用を確認します。ポリスチレンの解重合を行います。 スチレン収率の計算
作業のステージ 1。 さまざまな溶媒中でのポリスチレンの合成。
試薬
スチレン(新たに蒸留)、20.0 g
過酸化ベンゾイル、0.4 g
ベンゼン、10.0g
四塩化炭素、10.0 g
石油エーテル、100ml
エタノール
濃硫酸
濃硝酸
水酸化ナトリウム、濃縮溶液
デバイス
容量100mlの接地ジョイント付き丸底フラスコ - 2個。
ボール還流クーラー – 2個
真空ポンプ
化学ビーカー 200ml
磁器蒸発カップ – 2個
ペトリ皿 - 2個
ウォーターバスまたは加熱マントル
電気ストーブ
実験を行う
- 10.0gのスチレンを2つのフラスコに入れ、0.2gの過酸化ベンゾイルと溶媒を加える:一方にはベンゼン10.0g、他方には四塩化炭素10.0g。 各フラスコを還流冷却器に接続し、水浴または加熱マントル中で90~95℃で4時間加熱する。 次に加熱を止め、各フラスコの内容物を冷却します。 石油エーテルまたはエタノールを加えます。 ポリマーの沈殿物が現れます。 降水の完全性を確認します。 ポリマーは沈殿剤で洗浄されます。 沈殿物を液体から分離し、秤量した磁器皿(ペトリ皿)に移し、まず室温で空気中で乾燥させ、次に60〜70℃のサーモスタットまたは30℃の真空乾燥キャビネットで乾燥させます。重量が一定になるまで 40°C。*
* すべての操作: ポリマーの合成、沈殿、乾燥を 1 つのフラスコ (事前計量済み) で実行できます。 得られたポリマーをさらなる実験に使用します。
結果を表の形式で提示します。
表1
表2
計算例。スチレン(分子量104.14g/モル;密度ρ=0.906g/ml)の重合を、シクロヘキサン中で開始剤AIBN(分子量164.20g/モル)を用いて実施した。 総装填量 30 ml: スチレン 20 ml およびシクロヘキサン 10 ml。 開始剤の質量0.6g、重合時間4時間。 得られたポリスチレンの質量は13.2gである。
1. 計算してみましょう スチレンという物質の質量と量:
ムスチレン = 20 0.906 = 18.12 g
ヌクチレン = 18.12/104.14 = 0.174 モル
2. モノマーに対する開始剤の重量%を計算します。
ωDAK = (0.6/18.12) 100 = 3.31% wt (スチレンから)
3. 探す モノマー濃度溶液中:
s (スチレン) = (18.12/30) 1000 = 604 g/l または 604/104.14 = 5.80 mol/l
4. 探す 開始剤濃度溶液中:
s(DAK) = (0.6/30) 1000 = 20 g/l または 20/164.20 = 0.122 mol/l
5. 計算してみましょう ポリスチレン収量:
ポリスチレン収率 = (13.2/18.12) 100 = 72.8%
6. 計算してみましょう 重合速度:
υ = 72.8/4 = 18.2%/時間または 18.2/60 = 0.303%/分
υ = (5.80 0.728)/(4 3600) = 29.32 10-5mol/l 秒
作業のステージ2。 ポリスチレンの物理的および化学的特性の測定。
体験1・見た目。 強さ。
ポリスチレンサンプルを注意深く検査し、色に注意し、脆弱性をテストします。
※ポリスチレンは透明で色が異なる場合があり、壊れやすいものです。 ポリスチレンフィルムを振ると、薄い金属片のような音が鳴ります。
実験2. 加熱との関係
薄いポリスチレンを耐熱メッシュの上に置き、軽く加熱します。 ポリスチレンは 80 ~ 90 °C の温度で軟化し、250 °C を超えると分解し始めます。 軟化したポリスチレン片は、外部からの影響により容易に形状が変化します。 軟化したポリスチレンから糸を引くことができます。 2 つの軟化したポリスチレンを接続すると、それらは溶接されます。
※ポリスチレンは熱可塑性プラスチック(可逆性プラスチック)です。
実験3. 断熱特性。
断熱特性を研究するために、ポリスチレンフォームが使用されます。 発泡プラスチック(長さ6〜7 cm、厚さ4 cm)を長さ10 cmの鉄の棒またはワイヤーの上に置く必要があります。 泡を手で持ち、鉄の棒を1〜2分間火の中に入れます。 ロッドとフォームの加熱(少し加熱します)は温度計で設定されます。 まず、泡をそこに運び、次にロッドを運びます。
実験 4. 溶媒の影響。
ポリスチレンまたはフィルムの小片を、ベンゼン、アセトン、四塩化炭素の入った別々の試験管に入れます。 粘稠な溶液が得られる。
ポリスチレン製品は、粘性溶液または溶剤で接着できます。
実験5. ポリスチレンの燃焼
※実験はドラフト内で行います!!
ポリスチレン片を炎の中に置き、発火するまで保持します。
※ポリスチレンは煙のような炎を上げて燃焼し、刺激臭が広がります。 外では炎が燃え続けています。
実験6. 酸と塩基の作用
ポリスチレン片を濃酸、硫酸 (密度 1.84 g/ml)、硝酸 (密度 1.4 g/ml) に入れ、次に水酸化ナトリウムの濃縮溶液に入れます。 ポリスチレンが室温で、そして加熱されるとどうなるかを観察してください。
*ポリスチレンは、室温で濃酸および濃アルカリ中では変化しません。 加熱すると硫酸では炭化しますが、アルカリや硝酸では変化しません。
実験7. ポリスチレンの解重合
ポリスチレン片を試験管の中に入れ、その体積の 1/5 以上をカバーします。 試験管の口にはストッパー付きのガス導出管が取り付けられています。 レシーバーは、冷水に入れ、その上を脱脂綿で覆った別の試験管です。 ポリスチレンの入った試験管は、スタンドに斜めに固定されています(液体が排出できるようにするため)。 ゴム栓の端に近い部分に穴を開けて、生じた液体(不純物を含むモノマー)を除去することをお勧めします。 特定の臭気のある無色または黄色がかった液体がレシーバーに集まります。 スチレンは141~146℃の温度で沸騰します。
重合とは何ですか?
メインを見てみましょう
なぜなら、私たちの世界のほとんどすべてがポリマーであることがわかったからです。
重合は、低分子量化合物から高分子量化合物が形成される反応です。 高分子化合物(ポリマー)とは、セグメント(構造単位)が繰り返しつながり、分子量が大きい物質です。
日常生活のどこでポリマーを見つけることができますか?
どこにでも。 どこを見ても。 ポリマーは私たちの生活と深く結びついており、実際、ポリマーが私たちの生活を形成しました。
布地 (合成および天然の両方)、プラスチック、ゴムはポリマーによって形成されます。 さらに、私たち自身もポリマーでできています。
エンゲルスの人生の定義を思い出してみましょう。
「生命はタンパク質体の存在方法です...」
リス– これらは天然の生体高分子であり、生体高分子には次のものも含まれます。 核酸そして 多糖類.
どのような物質が重合反応に参加することができますか?
答えは簡単です。 物質、 複数の(二重、三重)結合を含む.
最初のものを見てみましょう - ポリエチレンの形成の反応スキーム (袋、ボトル、包装フィルムなどがポリエチレンから作られます):
ご覧のとおり、π 結合が切れ、1 つの分子の炭素原子が隣接する分子の炭素原子と結合します。 これにより、長いポリマー鎖が形成されます。 ポリマーの長さは数百の構造単位に達する可能性があり、その正確な数を予測することは不可能です。分子ごとに異なり、鎖全体を書き留めないため、重合反応は次のように記述されます。
ここで、n は分子内の構造単位の数です。
重合反応に入る最初の低分子量物質はモノマーと呼ばれます。
構造単位をモノマーと混同しないでください。
モノマーと構造単位とは、定性的・量的組成は同じですが、化学構造が異なります(多重結合の数が異なります)。
重合方程式:
最も一般的なポリマーを生成するための反応:
- 教育 イソプレンゴム(天然ゴムもイソプレンですが、厳密にはシス構造です) 2-メチルブタジエン-1,3 (イソプレン) から:
- 教育 ポリスチレン(プラスチック) ビニルベンゼン (スチレン) から:
- 教育 ポリプロピレンプロペン(プロピレン)から:
ゴム– これは、共通の品質(弾性、電気絶縁性など)、ゴム製造の原料によって結合されたポリマーのグループです。 以前は、いわゆるゴム植物の汁から得られる天然ゴムがこのために使用されていました。 その後、人工ゴムの生産を開始しました。
1926 年にソ連で、合成ゴムの最良の製造方法を競うコンテストが発表されました。 コンテストはレベデフ S.V. が優勝しました。
彼の方法は次のとおりでした。
1,3ブタジエンはエチルアルコールから製造されました。 エチルアルコールはソ連に豊富にあった植物材料から発酵によって得られ、これにより生産が安価になりました。 重合後にブタジエン-1,3 が形成された合成ゴム:
ゴムをゴムにするには加硫を行います。
加硫とは、ポリマーゴムの糸を縫い合わせて単一のネットワークにするプロセスであり、その結果、弾性、強度、および有機溶剤に対する耐性が向上します。 .
以下の図は、ポリマー分子間のジスルフィド架橋の形成によるブタジエンゴムの加硫プロセスを示しています。
重合反応と重縮合反応を区別する必要がある。
重縮合反応は、低分子化合物から高分子化合物が生成する反応であり、副生成物(水、アンモニア、塩化水素など)が発生します。
物質が重縮合反応に入る能力は、極端な反応の存在によって決まります。少なくとも2つの異なる官能基 .
例を見てみましょう アミノ酸:
2 つのアミノ酸が互いに結合してペプチド結合を形成し、副生成物である水が放出されます。 この鎖にアミノ酸残基を追加するプロセスが続くと、タンパク質が得られます。 アミノ酸が重縮合反応に参加できるかどうかによって、アミノ酸の構造内にカルボキシル基とアミノ基という 2 つの官能基が存在するかどうかが決まります。 重縮合反応の結果として、ポリペプチド(タンパク質)に加えて、核酸および多糖類が形成される。
製品の品質を追求するため、人類は数千年にわたって分解しない耐久性のあるポリマーを作成することを学びました。 そして場合によっては、分解すると有害物質が環境中に放出されることもあります。 これは大きな環境問題です。 プラスチックリサイクルセンターが開設されつつあります。
私たち全員がプラスチック廃棄物を一緒にそこに持ち込めば、私たちの共通の家である地球とその自然の保護に多大な貢献をすることができます。
このトピックについてさらに詳しく:
スチレンのブロック重合中に、未反応モノマー中に合成ポリマーの溶液が形成されます。 プロセスの深さ(モノマー変換の程度)が増すにつれて、 集中ソリューションとそれに応じた成長 屈折率。 重合中に溶液の屈折率を測定することにより、プロセス (この場合はスチレンの重合) の反応速度に関する情報を得ることができます。
5 ml のスチレンをグランドストッパー付きの 3 本の試験管に入れ、化学天秤で量った開始剤 (AIBN) の一部を約 10、25、および 50 mg の量で加えます (溶液の濃度はそれぞれ約 10 mg)。 0.2、0.5、1% wt)。 試験管を不活性ガスで5分間パージし、温度約70℃のサーモスタット内に置く。 10分で。 恒温開始後、各試験管からガラス棒で時計皿上に溶液を数滴滴下し、屈折率を測定します。 各試験管から取り出します 少なくとも5つのサンプル、毎回注意してください 重合開始からの時間.
モノマー転化率は以下の表から決定されます。
スチレンの転化率 (p) に対する屈折率 n D の依存性
p,% | nD | p、% | nD | p、% | nD |
1,5420 | 1,5475 | 1,5518 | |||
1,5429 | 1,5482 | 1,5519 | |||
1,5435 | 1,5488 | 1,5523 | |||
1,5441 | 1,5492 | 1,5525 | |||
1,5446 | 1,5495 | 1,5528 | |||
1,5451 | 1,5500 | 1,5531 | |||
1, 5455 | 1,5504 | 1,5534 | |||
1,5461 | 1,5508 | 1,5537 | |||
1,5465 | 1,5511 | 1,5540 | |||
1,5468 | 1,5515 | 1,5543 |
開始剤濃度(mol/l) は次の式で求められます。
ここで、g は開始剤の重量 (g) です。
V – 重合混合物の体積 (この場合 – 5 ml)
M 1 – 開始剤の分子量 (AIBN の場合 M 1 = 164)
得られた直線の傾斜角の正接は次のようになります。 開始剤に応じた反応順序。
スチレンのカチオン重合
スチレンの重合は、カチオン機構を含むさまざまな方法で発生します。 無機ルイス酸は、カチオン重合の触媒としてよく使用されます (この場合は TiCl 4 です)。 この触媒を使用するには、水分の侵入を排除した条件下で反応を実行する必要があります。まず第一に、完全に乾燥した装置です。
蒸留したてのスチレン 3.5 ml
四塩化チタン蒸留 1ml
乾燥ジクロロエタン 70ml
70mlの乾燥ジクロロエタンを、スターラー、温度計および滴下漏斗を備えた三口フラスコに入れ、不活性ガスで3~5分間パージし、冷却混合物を入れた浴中で0℃に冷却する。
乾いたピペットを使用して、滴下漏斗から 1 ml の TiCl 4 を 15 ~ 20 分間加えます。 モノマーのスチレンを、温度が 0 0 ℃を超えないようにしながら、一滴ずつ導入します。 モノマーを導入した後、混合物をさらに30分間撹拌し、次いでアルコール80mlを添加する(反応混合物を分解するため)。 数分後、得られた油状の反応生成物から溶媒を注意深くデカントし、さらに 10 ~ 15 ml のアルコールを加え、固まるまで棒でこすります。 固体ポリマーを濾過し、アルコールで洗浄し、乾燥させる。 ポリマーの収率とモノマー転化率、および触媒消費量 (g/g ポリマー) が測定されます。
粒子の表面処理を施した発泡ポリスチレン (EPS) は、ペンタンの存在下でのスチレンの懸濁重合および塊状重合によって製造されます。 ポリスチレンは球状粒子(ビーズ)の形で製造され、その表面は加工中のポリマーの加工性を改善し、新しい特性(帯電防止特性、不燃性など)を与えるさまざまな物質で処理されます。
発泡ポリスチレンの製造方法としては、主に以下のような方法があります。 懸濁重合と塊状重合。 最も現代的で効果的なのは、IPN を取得する 2 番目の方法です。
発泡ポリスチレンの塊状重合
モノマーの不完全な変換を伴う塊状重合(ブロックポリスチレン)によってポリスチレンを製造する方法は、その高い技術的および経済的指標により、現在最も一般的な方法の 1 つです。 現代の産業のほとんどは、最も生産性が高いため、このスキームに従って正確に運営されています。 この方法には最適な連続プロセス フローがあります。 このプロセスは、ミキサーと直列に接続された 2 ~ 3 台の装置で実行されます。 プロセスの最終段階は、多くの場合、カラム型装置で実行されます。
初期反応温度は80~100℃、最終温度は200~220℃です。 スチレン転化率が80~90%になった時点で重合を停止する。 未反応モノマーは、真空下で溶融物から除去され、その後、ポリマー中のスチレン含量が0.01〜0.05%になるまで水蒸気を用いて除去される。 ポリスチレンに安定剤、染料、難燃剤などの添加剤を加えて造粒します。 ポリスチレンは純度が高いのが特徴です。 この技術は最も経済的であり(微分散製品の洗浄、脱水、乾燥の操作が不要)、実質的に無駄がありません(未反応のスチレンは重合のために戻されます)。
モノマーの変換が不完全になるまで (80 ~ 90%) プロセスを実行すると、高い重合速度の使用、温度パラメータの制御が可能になり、重合媒体の許容可能な粘度を確保できます。 モノマー転化率がより深くなるまでプロセスを実行すると、高粘度の反応塊から熱を除去することが困難になり、等温モードで重合を実行することが不可能になります。 塊状重合プロセスのこの特徴により、他の製造方法、そして何よりもまず懸濁法に注目が集まるようになりました。
懸濁重合
懸濁重合は、ビニルモノマーの水への溶解度が低く、ラジカル重合反応におけるビニルモノマーの中性を利用した競合技術プロセスです。 懸濁液の製造方法は反応器内で行われ、追加の技術段階(反応系の作成、生成したポリマーの単離)の存在と重合時の装置の定期的な使用を特徴とする半連続プロセスです。ステージ。 スチレンは、乳化安定剤を使用して脱塩水に懸濁されます。 重合開始剤(有機過酸化物)はモノマー滴に溶解し、そこで重合が起こります。 その結果、ポリマーの水懸濁液中に大きな顆粒が形成されます。 重合は、加圧下で温度を40℃から130℃まで8~14時間かけて徐々に上昇させることによって行われる。 ポリマーは、得られた懸濁液から遠心分離によって単離され、その後、洗浄され、乾燥される。 その後、振動スクリーン上でグレードごとに分類されます。 このプロセスでは、システム成分の熱除去と混合が大幅に促進されます。
該当する:
- あらゆる目的(壁、屋根、床、倉庫、パビリオン、住宅、ガレージ、地下室、ロッジア)の建物および敷地のさまざまな構成の発泡ポリスチレンブロックおよびスラブの製造。
- 保管および輸送時の衝撃保護が必要なさまざまな機器向けの複雑な形状のパッケージングの製造。
- 自動車部品の製造。
- ポリスチレンコンクリートの製造 - セメントバインダーと発泡ポリスチレンフィラーをベースにした軽量コンクリート。断熱ブロックやスラブ、屋根裏部屋、屋根、外壁、床などのモノリシック断熱材の製造に使用されます。
- モノリシックハウジング構造とパイプラインの断熱用シェルに使用されます。
- 金属鋳造に使用される発泡ポリスチレンガス化模型の製造に。
天井の仕上げ材の製造 - タイル、ベースボード、ロゼット。
スチレンとアクリロニトリルSANのコポリマー
スチレンとアクリロニトリルの共重合体(SAN)には通常、後者が 24% 含まれており、これはモノマー混合物の異方性組成に相当し、一定組成の製品を得ることが可能になります。 SAN は、耐熱性、引張強さ、衝撃強さ、過酷な液体環境における耐亀裂性には優れていますが、誘電特性と透明性では劣っています。 SAN のコストはポリスチレンよりも大幅に高くなります。 三元共重合体スチレン - アクリロニトリル - メタクリル酸メチル (SAM) も同様の特性を持っていますが、透明性と UV 照射に対する耐性が優れています。 ただし、コストは SAN よりもさらに高くなります。
SAN コポリマーは通常、PS の製造と同様に、懸濁重合または乳化重合によって製造されます。
SAN コポリマーは、ホモポリマーよりも高い耐薬品性と表面硬度を備えています。 ソース素材は黄色がかっており、青みがかっている必要があります。 耐候性が優れているため、壊れやすく霜に強い汎用ポリスチレンの代わりに外装材や高価な家電製品などに使用できます。
アクリロニトリル、ブタジエン、スチレンの共重合体:ABS樹脂
このような共重合体は「ABSプラスチック」と呼ばれます。 3 単位ポリマー (ターポリマー) を製造するにはいくつかの方法がありますが、その主な原理は次の例から明らかです。1) スチレンとアクリロニトリルをポリブタジエン エマルションに添加し、混合して 50℃に加熱します。 次に、過硫酸カリウムなどの水溶性開始剤を添加し、混合物を重合させる。 2)ブタジエンアクリロニトリルラテックスをスチレンアクリロニトリルラテックスに添加し、混合物を凝固させ、噴霧乾燥する。
組成や製造方法により特性は大きく異なります。 ただし、一般に ABS プラスチックは高い衝撃強度、耐薬品性、延性を備えています。 メチルエチルケトンおよびエステルに対して耐性がありません。
ABS は非常に技術的に進歩しており、射出成形と押出成形の両方で簡単に加工できます。 メーカーは、光沢と艶消しを高めた、さまざまなメルト フロー インデックスのグレードの ABS プラスチックを製造しています。 薄いシートを熱成形してジャーやトレイにします。 ABS プラスチックは家庭用電化製品の製造に広く使用されており、高強度、高光沢、マスターバッチによる塗装での製造性、環境中立性、耐熱性が求められます。 装飾的なコーティングやデザインは、ポリスチレン製品よりも ABS プラスチック製の製品の方が優れています。
ポリスチレン製造技術
工業的には、ポリスチレンはスチレンのラジカル重合によって製造されます。 ポリスチレンの製造方法は、作業サイクル、単位体積あたりの生成物の除去量、および重合プロセスの条件が異なります。 得られるポリスチレンの特性は、特定の製造方法によって異なります。 スチレンの重合には、モノマーの塊(ブロック)中での重合、エマルジョン中でのモノマーの重合(主にABS樹脂の製造)、懸濁重合(耐衝撃性ポリスチレンや発泡ポリスチレン)、およびモノマー中での重合の4つの方法があります。溶液(ブタジエンとスチレンのブロック共重合体)。
汎用ポリスチレンの製造には、主に懸濁重合法と塊状重合法があります。 乳化重合は比較的小規模で使用されます。
スチレンとゴムとの耐衝撃性コポリマーを得るために最も広く使用されている方法は、ブロック懸濁重合です。この方法では、最初にバルクで(20% ~ 40% の転化率が達成されるまで)重合が行われ、次に水溶液中で重合が行われます。分散。
合成技術の開発における一般的な傾向は、反応量の増加と合成モードの強化により、個々のユニットの出力が増加することです。 現在、個々の合成ユニットの生産性は年間 15 ~ 30 千トンのポリマーに達しています。
塊状重合
モノマーの不完全な変換を伴う塊状重合による製造方法は、その高い技術的および経済的指標により、現在最も一般的な方法の 1 つです。 国内産業では70年代に塊状重合法が主流となり、現在では約60%の製品がこの方法で生産されています。 この方法には最適なプロセス フロー図があります。 このプロセスは、ミキサーと直列に接続された 2 ~ 3 台のデバイスからなるシステムの連続回路に従って実行されます。 プロセスの最終段階は、多くの場合、カラム型装置で実行されます。 初期反応温度は80~100℃、最終温度は200~220℃です。 スチレンの転化率が80%~90%になった時点で重合を停止します。 未反応のモノマーは、ポリマー中のスチレン含有量が 0.01% ~ 0.05% になるまで、真空下で、次いで水蒸気を用いてポリスチレン溶融物から除去されます。
ポリスチレンに安定剤、染料、難燃剤などの添加剤を加えて造粒します。 ブロックポリスチレンは純度が高いのが特徴です。 この技術は最も経済的であり(微分散製品の洗浄、脱水、乾燥の操作が不要)、実質的に無駄がありません(未反応のスチレンは重合のために戻されます)。 モノマーの変換が不完全になるまで (80% ~ 90%) プロセスを実行すると、高い重合速度を使用し、温度パラメーターを制御し、重合媒体の許容可能な粘度を確保することが可能になります。 モノマー転化率がより深くなるまでプロセスを実行すると、高粘度の反応塊から熱を除去することが困難になり、等温モードで重合を実行することが不可能になります。 塊状重合プロセスのこの特徴により、他の製造方法、そして何よりもまず懸濁法に注目が集まるようになりました。
懸濁重合
懸濁重合は、塊状重合と並行して開発された競合技術プロセスであり、ビニルモノマーの水への溶解度の低さと、ラジカル重合反応におけるビニルモノマーの中性を利用しています。 このプロセスは、特殊グレードのポリスチレン、主に発泡ポリスチレンを製造するために使用されます。 懸濁液の製造方法は半連続プロセスであり、追加の技術段階(反応系の作成、生成したポリマーの単離)の存在と重合段階での装置の定期的な使用が特徴です。
このプロセスは、撹拌機とジャケットを備えた容積10~50m 3 の反応器内で行われる。 スチレンは、乳化安定剤を使用して脱塩水に懸濁されます。 重合開始剤(有機過酸化物)はモノマー滴に溶解し、そこで重合が起こります。 その結果、ポリマーの水懸濁液中に大きな顆粒が形成されます。 重合は、加圧下で温度を40℃から130℃まで8~14時間かけて徐々に上昇させることによって行われる。 ポリマーは、得られた懸濁液から遠心分離によって単離され、その後、洗浄され、乾燥される。 懸濁重合の法則は、モノマー塊における重合の法則に近いですが、熱の除去とシステム成分の混合が大幅に促進されます。
乳化重合
ポリスチレンの製造においては、塊状重合や懸濁重合などの乳化重合法は発展していない。 これは、乳化重合では分子量が高すぎる生成物が生成されるためです。 ほとんどの場合、後続の加工のために、それを丸めるか、他の方法で分子量を下げる必要があります。 乳化重合系は、スチレン、分散媒としての水、水溶性開始剤(過硫酸カリウム)、イオン性開始剤を含み、その後の押出法によるポリスチレンフォーム製造のための中間生成物を製造することが主な用途です。乳化剤、およびさまざまな添加剤、特に環境の pH を調整するために設計された添加剤。
重合はモノマーを含む乳化剤ミセル内で起こります。 得られるポリマーは高度に分散した懸濁液 (ラテックス) であり、水に不溶です。 この系は全体として多成分であるため、ポリマーを純粋な形で単離することが困難になります。 したがって、それを洗浄するためにさまざまな方法が使用されます。 この方法は大量の廃水を必要とするため、徐々に使用が減少しています。
キミッチ・イリーナ
合成ポリマー
20世紀において、合成高分子化合物であるポリマーの出現は技術革命でした。 ポリマーは、さまざまな実用分野で非常に広く使用されています。 これらに基づいて、既知の材料よりも大幅に優れた、多くの点で珍しい特性を備えた新しい材料が作成されました。
ポリマーは、分子が繰り返し単位であるモノマーで構成される化合物です。
既知の 天然ポリマー 。 これらには、ポリペプチド、タンパク質、多糖、核酸が含まれます。
合成ポリマー 低分子量モノマーの重合および重縮合(下記参照)によって得られます。
ポリマーの構造分類
a) 線状ポリマー
それらは直鎖構造を持っています。 それらの名前は、モノマーの名前に接頭辞を追加したものに由来しています。 ポリ-:
b) ネットワークポリマー:
c) ネットワーク三次元ポリマー:
さまざまなモノマーを共重合させることにより、以下のものが得られます。 コポリマー 。 例えば:
高分子の物理化学的性質は、高分子の重合度(n値)と空間構造によって決まります。 これらは液体、樹脂、または固体であってもよい。
固体ポリマーは加熱すると異なる挙動を示します。
熱可塑性ポリマー– 加熱すると溶け、冷却後は任意の形状になります。 これは無制限に繰り返すことができます。
熱硬化性ポリマー- これらは、加熱すると所定の形状に固化し、さらに加熱しても溶けない液体またはプラスチックの物質です。
ポリマー形成重合反応
重合 - これは、成長する鎖の末端にモノマー分子が順次追加されることです。 この場合、すべてのモノマー原子が鎖に含まれており、反応中に何も放出されません。
重合反応を開始するには、開始剤を使用してモノマー分子を活性化する必要があります。 イニシエーターの種類に応じて、
ラジカル、
カチオン性と
アニオン重合。
ラジカル重合
熱分解または光分解中にフリーラジカルを形成できる物質は、ラジカル重合の開始剤として使用されます。最も多くの場合、これらは有機過酸化物またはアゾ化合物です。
これらの化合物は加熱または UV 光で照射されるとラジカルを形成します。
重合反応には 3 つの段階が含まれます。
イニシエーション、
チェーンの成長
サーキットブレーク。
例 - スチレンの重合:
反応機構
a) 開始:
b) チェーンの成長:
c) 開回路:
ラジカル重合は、生成するラジカルが二重結合の置換基の影響により安定化されているモノマーを使用すると最も容易に起こります。 与えられた例では、ベンジル型ラジカルが形成されます。
ラジカル重合により、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、およびそれらのコポリマーが生成されます。
カチオン重合
この場合、モノマーアルケンの活性化は、水の存在下でプロトン酸またはルイス酸(BF 3 、AlCl 3 、FeCl 3 )によって実行されます。 この反応は、二重結合における求電子付加として起こります。
たとえば、イソブチレンの重合:
反応機構
a) 開始:
b) チェーンの成長:
c) 開回路:
カチオン重合は、イソブチレン、ブチルビニルエーテル、α-メチルスチレンなどの電子供与性置換基を持つビニル化合物に典型的です。