Реакции полимеризации алкенов
Реакциями полимеризации называются реакции соединения молекул, называемых мономерами, в макромолекулу, состоящую из большого числа элементарных звеньев, образующихся из мономера. Очень часто полимеризация проходит под действием инициаторов.
Инициаторы – вещества, распадающиеся при нагревании или других воздействиях (свет) на свободные радикалы, то есть частицы с неспаренным электроном, например:
Другой штатный инициатор:
Образование частиц с неспаренными электронами это первая стадия реакции полимеризации. Она называется реакцией зарождения цепи.
Далее получившийся радикал реагирует с мономером, например, этиленом, давая новый радикал:
Эти реакции – продолжения цепи. Они идут до очень больших значений n, например, для полиэтилена n обычно колеблется от 30000 до 60000.
Полиэтилен является карбоцепным полимером, с началом размягчения выше 60ОС. Полиэтилен может обрабатываться горячей штамповкой и литьем под давлением. Из него делают пленки различной толщины, тару для пищевых продуктов. Благодаря его хорошим электроизоляционным свойствам и относительной дешевизне из него делают первичную изоляцию многожильных кабелей:
Полипропилен
Мономером для получения полипропилена является пропен (пропилен): СН2 = СН – СН3 Реакция полимеризации:
Полипропилен является карбоцепным полимером, он гораздо более прочен механически, температура его размягчения выше 120ОС. Он широко используется для изготовления бамперов автомобилей, торпедо автомобилей, корпусов приборов, верёвок и канатов, мешков для сахара, круп, комбикормов и т.п.
На примере полипропилена можно показать разницу между атактическими (беспорядочными), . В атактическом полипропилене звенья с правым расположением метильного заместителя (А) и с левым его расположением (Б) чередуются в цепи полимера абсолютно беспорядочно:
ААББАБАБАААБАББАБББААБАБААББАБАБАБББААБА – атактический полимер,
ААААААААААА ААААААААААААААААААААААААА – изотактический полимер,
АБАБАБАБАБАБАБАБ ААБББААБББААБББААБББ – синдиотактические полимеры.
Было установлено, что изотактические и синдиотактические полимеры по своим эксплуатационным свойствам всегда лучше, чем атактические.
Для получения изотактических и синдиотактических полимеров вместе с инициатором в реакционную массу вводят катализаторы. Например, катализаторы Циглера-Натта.
Полиизобутилен
Мономером для получения полиизобутилена является 2-метилпропен (изобутилен). Реакция полимеризации:
Полиизобутилен с высокой степенью полимеризации (десятки тысяч) очень широко применяется для облицовки внутренних поверхностей больших аппаратов в химической промышленности с целью защиты их от корродирующего действия реакционных масс (эмалирование аппаратов объёмом выше 25 м3 пока в мире не освоено).
Полиизобутилен с низкой степенью полимеризации (15-50) широко используется разными фирмами как присадка к моторным маслам, позволяющая двигателю внутреннего сгорания легко заводиться на морозе, но обеспечивающая нужную вязкость при его рабочем режиме (85-950С).
Полистирол
Мономером для получения полистирола является винилбензол (стирол).
Его получают дегидрированием этилбензола при высокой температуре на Al2O3:
При полимеризации стирола получается полистирол:
Он применяется для получения ударопрочного полистирола, который используется как конструкционный материал до изготовления фасонных деталей, различных камер (например, для работы с изотопами), аквариумов, террариумов, вытяжных шкафов.
В виде пенополистирола (пенопласта) очень широко используется как упаковочный материал для оргтехники, бытовой техники, что способствует их сохранению при транспортировке и погрузочно-разгрузочных работах.
В отличие от полиэтилена, полипропилена, полиизобутилена, которые являются термопластичными полимерами (могут быть расплавлены, залиты в формы и получаются сложные фасонные детали), полистирол является термореактивным полимером, то есть при нагревании разлагается, давая низкомолекулярные продукты, причем с выходом около 30%, получается стирол (деполимеризация).