Polimerizacija - (Chem.) polimerų sintezės būdas, t.y. monomero ar monomerų mišinio pavertimas polimeru. Polimerizacijos reakcija vadinama reakcija, kuriai vykstant tarpusavyje jungiasi molekulės, turinčios bent vieną dvigubąjį ryšį, sudarydamos ilgas grandines, t.y. reakcija tarp monomerų, kurių molekulėse anglies (C) atomai sujungti dvigubuoju ryšiu (C=C). Pradinė medžiaga vadinama monomeru, produktas - polimeru, arba polimerizatu. Polimerizacijos reakcijos metu vyksta dviejų ar kelių vienodų arba skirtingų molekulių ar cheminių medžiagų susijungimas į didesnę molekulę. Jei reakcose jungiasi tokie patys monomerai, polimerizacija vadinama homopolimerizacija - susidaro homopolimerai, jei skirtingi - kopolimerizacija, susidaro - kopolimerai.
Kovalentiniai ryšiai gali susidaryti dviem būdais:
- 1) susidarymas dalyvaujant laisviesiems radikalams. Čia kiekvienas partneris atiduoda vieną ryšio poros elektroną, o jeigu ryšys nutraukiamas, tai elektroną pasilieka sau. Pvz., azoto monoksidas (NO) ir azoto dioksidas (NO2) dimerizuojasi į diazoto trioksidą (N2O3). Etilenas polimerizuojasi į polietileną. Abu procesai vyksta dalyvaujant laisviesiems radikalams.
- 2) polinis susidarymas. Kai elektronų neturinti dalis jungiasi su jų turinčia dalimi ir elektronų pora tampa bendra. Procesas atitinka rūgščių-bazių reakciją pagal Luisi. Nutrūkus ryšiui, elektronų ryšio porą įgijusi dalis jos netenka, o ją atidavusi dalis susigrąžina porą atgal. Pvz., aliuminio trichloridas (AlCl3), dujinėje būsenoje yra dimeras, kietojoje - polimeras. Jis polimerizuojasi poliškai. Aliuminio trichloridas panaudojamas daugelyje katalizinių procesų (pvz., gaminant benziną).
Technikoje ypač svarbus yra eteno polimerizacija, iš jo gaunamas polietilenas, kuris naudojamas pakuočių, vamzdžių, izoliacinių medžiagų, plėvelės ir kt. gamybai. Kai kurie giminingi etenui junginiai, kaip monomerai, yra naudojami įvairių polimerinių medžiagų gamybai.
Polistireno sintezės pagrindiniai metodai
Polistirenas yra plačiai naudojamas polimeras, turintis daugybę pritaikymo sričių. Per pastarąjį pusę amžiaus buvo sukurti įvairūs polistirolo sintezės metodai, o šiame straipsnyje pagrindinis dėmesys skiriamas kelių iš šių metodų pristatymui. Polistireno sintezei paprastai taikomi laisvųjų radikalų polimerizacijos, katijoninė polimerizacija, jonų mainų ir kt.
1) Laisvųjų radikalų polimerizacijos metodas. Šio metodo principas - į tirpalą įdedant laisvųjų radikalų iniciatorių, tokių kaip vandenilio peroksidas, kad susidarytų stireno monomero laisvųjų radikalų reakcija, o tada laisvieji radikalai nuolat polimerizuojasi, galiausiai sudarydami polimerą - polistirенą. Procesas vyksta ištirpinant stireno monomero tirpiklyje ir kontroliuojant temperatūrą bei laiką. Pirmiausia paruošiamos žaliavos: stirenas kaip monomeras, benzoilo peroksidas (BPO) - iniciatorius. Reakcijos bakas iš anksto paruošiamas, o į jį įvedami stirenas ir BPO, kartu - tirpiklis. Reakcijos temperatūra paprastai siekia apie 120-150 °C, ir reakcija yra nutraukiama pasiekus norimą rezultatą. Vyksta laisvųjų radikalų polimerizacija, kuri augdama grandinėje sudaro polimero molekules.
2) Katijoninė polimerizacija. Dalį stireno polimerizuoti gali teigiamai įkrautas joninis junginys kaip katalizatorius. Privalumas - gaunamas vienodas molekulinis masės pasiskirstymas, todėl tinka aukštos ir siaurų masės polimerams ruošti. Polistireno paruošimo sistemą sudaro monomeras (dažniausiai stirenas), iniciatorius (amonio sulfatas arba amonio persulfatas) ir tirpiklis (vanduo ar organiniai tirpikliai). Reakcijų sistema turi būti kruopščiai paruošta: išvalyti įrenginius, inicijatorių ištirpinti vandenyje, monomerą įvesti lėtai. Paprastai temperatūra 80-100 °C, trukmė kelios valandos, o monomero pridėjimo greitis yra lėtas, siekiant užtikrinti kokybę. Galimi papildomi žingsniai - išvalymas, rūgštimis ir aktyvuotos anglies filtruojant, kad užtikrinti grynumą. Katijoninė polimerizacija suteikia dar didesnį kontrolės laipsnį ir plačiai naudojama polistireno gamyboje.
3) Jonų mainų metodas. Polistireno jonų mainų metodas naudojamas tam, kad polimere esant anijoninėms grupėms pakeisti katijonus į polistireną. Šis metodas taikomas jonų atskyrimui ar praturtinimui tirpale. Procesas pasiekiamas jonų adsorbcija polistireno jonų mainų kolonėlėse. Sisteminis paruošimas: kolonėlės išankstinis apdorojimas, mėginio apdorojimas, plovimas ir desorbcija, regeneravimas. Jonų mainų kolonos naudojamos aplinkosaugos, biologijos ir farmacijos srityse, gryninant jonus ir preparatus. Apibendrinant - polistireno jonų mainų metodas yra svarbi technologija, plačiai naudojama laboratorijose ir pramonės objektuose.
Polistireno savybės ir taikymas
Polistirenas yra sintetinis polimeras, kuris paprastai atrodo kaip skaidrus arba pieno baltumo kietas polimeras, turintis gerą terminį stabilumą bei kietumą. Jis yra platus plastiko rūšies atstovas, naudojamas įvairiems gaminiams - stalo įrankiams, puodeliams, talpykloms, žaislams, kompaktinių diskų dėklams, prietaisų dėklams ir kt. Polistirenas taip pat naudojamas kaip putplastis (putplastis) pakavimo gaminiams, o sintetinė polistirininė guma taikoma automobilių stiklo juostų sandarikliams ir izoliacijos medžiagoms. Be to, polistirenas naudojamas kosmetikos pramonėje kaip mikrosferų formų pritaikymas tekstūrai ir stabilumui užtikrinti, o laboratorijose - kaip bandymo nešiklis rinkos tyrimuose.
Polistirenas turi istorinį išskirstymą: stireno atradimas 1839 m., polimerizacijos teorijos formavimas 1901 m., polistireno sintezės tyrimai 1920-aisiais, pramoninė gamyba 1930-aisiais ir polistireno putplastis 1960-aisiais. Šiandien polistirenas naudojamas nuo maisto pakuočių iki statybinių medžiagų, automobilių dalių ir kitų plataus naudojimo sričių.
Nauda ir aplinkosauga
Plastikas apskritai turi pigesnę žalą mažina naudojimo priežastis - jis yra pigus žaliava ir plačiai taikomas. Tačiau plastiko taršos problemos kelia poreikį mažinti plastikinių maišelių gamybą, skatinti perdirbimą ir ieškoti alternatyvų. Pateiktose nuorodose pabrėžiama, kad plastiko naudojimas turi sprendimus taršos mažinimui bei perdirbimo ir atliekų tvarkymo svarbą. Taip pat pateikiama įžanga į plastikinių indų sudėtį ir jų poveikį maisto kontaktui, kur verta būti atsargiems su karštaisiais ar alkoholiais tirpstančiais komponentais.
Polistirenas taip pat turi istorines įžvalgas: nuo stireno atradimo iki modernių polimerų technologijų plėtojimo. Šie istorijos etapai apima teorijų kūrimą bei praktinę plėtrą dėl augančios paklausos ir naujų technologijų įvedimo į gamybos procesus.
Polistireno polimerizacijos metodų apžvalga pateikia pagrindinius šaltinius, kuriuose išryškinama kiekvieno metodo taikymo sritis, kontroliavimo poreikiai ir praktiniai aspektai. Dėl šios priežasties išsami įvairovė metodų leidžia pasirinkti tinkamiausią technologiją specifiniam polistireno produktui gauti.
Grynumas, kokybė ir praktiniai patarimai
Reakcijos pradžioje ir proceso metu būtina laikytis grynumo ir tikslumo - išvalyti įrenginius, naudoti tinkamus inicijatorius, nustatyti temperatūrą, laiką bei monomero įvedimo greitį. Prieš pradedant gamybą būtina paruošti žaliavas ir įrenginius, užtikrinant, kad taršos ir priemaišos būtų pašalintos. Taip pat svarbu užtikrinti tinkamą tirpiklio kiekį ir teisingą įrangos dydį bei slėgio sąlygas, jei to reikalauja proceso tipas.
tags: #polistireno #polimerizacijos #reakcija