Metode de sinteză a polimerilor

Polimerii (compușii macromoleculari) sunt compuși chimici (în marea majoritate a cazurilor organici) cu molecule de dimensiuni mari (macromolecule) obținute din unirea într-un lanț molecular (catenă) a unui număr mare de monomeri - unități structural de obicei identice.

Moleculele organice se formează prin legarea covalentă a atomilor de carbon cu alți atomi sau unități structurale.

După modul cum sunt ocupate cele patru valențe ale carbonului, pot exista următoarele situații: patru legături simple; două legături simple și una dublă, două legături duble, o legătură simplă și una triplă.

Metode de sinteză a polimerilor

Produsele sintetice macromoleculare sunt rezultatul unor procese chimice numite polireacții (polimerizări).

A. Polimerizarea

Reacția de polimerizare reprezintă procesul chimic de unire a unui număr număr mare de meri (monomeri) identici care conțin cel puțin o legătură dublă între atomii de carbon ai lanțului macromolecular; nu rezultă produși secundari sub formă de molecule simple (apă, acizi, amoniac), iar unitatea structurală nu se modifică.

Reacțiile de polimerizare pot decurge prin mecanism radicalic (specific polimerizării vinilice) sau prin mecanism ionic (anionic sau cationic). În aceste procese, activarea moleculei de monomer, precum și viteza de polimerizare sunt influențate de factori precum: temperatura, lumina, radiații γ sau β, ori prezența unor catalizatori specifici.

Reacția de polimerizare reprezintă unirea unui

nA - (A)n ; A = monomer(mer); n = grad de polimerizare

A. Polimerizarea este o reacție în lanț ce decurge în trei etape:

1. inițierea în decursul căreia are loc prin procese termice sau fotochimice scindarea moleculelor unei substanțe introduse special ca inițiator, și formarea unor radicali liberi primari care adiționează la legătura dublă a monomerului și formează un radical mai mare; acțiunea inițiatorului se bazează pe captarea unui electron al legăturii duble C═C astfel că unul din atomii de carbon rămâne cu un electron fără perechea sa de spin și este capabil să adiționeze la o altă unitate structurală pentru a reface perechea, adică a căpătat o legătură liberă; numărul de legături libere ale unui monomer reprezintă funcționalitatea acestuia, astfel că un monomer cu două legături este bifuncțional, cu trei legături trifuncțional și cu mai mult de trei legături polifuncțional; această primă etapă este ilustrată pentru un monomer oarecare (X fiind un atom sau o unitate structurală) în figura 1a;

2. propagarea (creșterea) în decursul căreia radicalii liberi formați în etapa anterioară participă la reacții de transfer în care se extrage un atom dintr-o moleculă legându-se la radical care devine stabil și se generează un nou radical din molecula care a furnizat atomul; procesul continuă astfel cu atașarea unor noi unități structurale lanțului molecular care are la unul din capete radicalul primar, iar celălat capăt este liber și poate primi noi unități; aceeastă etapă este ilustrată în figura 1b;

3. întreruperea în decursul căreia radicalii reacționează în perechi pierzându-și reactivitatea și creșterea lanțului molecular se oprește; procesul de întrerupere este aleator și se produce prin două mecanisme:

− prin combinare, atunci când capetele libere a două lanțuri moleculare se întâlnesc și se unesc (1 c);

− prin disproporționare, atunci când un atom de hidrogen este transferat de la un lanț la altul și se favorizează refacerea unei legături duble C═C, așa cum se poate observa în figura 1 d.

În forma cea mai generală, polimerizarea poate fi reprezentată astfel:

Fig. 1. Etapele reacției de polimerizare: a - inițierea; b - propagarea; c − intreruperea prin combinare; d − întreruperea prin disproporționare