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Introducción a la polimerización de la adición
La polimerización de la adición es una piedra angular de la química moderna del polímero, permitiendo la conversión de moléculas monoméricas simples en materiales poliméricos de alto valor con diversas aplicaciones. En este proceso, los monoméricos se añaden a una cadena creciente uno por uno sin la eliminación de cualquier subproducto, que lo distingue de la polimerización de la condensación.
La importancia de la polimerización adicional no puede ser exagerada. Los polímeros producidos a través de estas rutas incluyen polietileno, polipropileno, poliestireno, cloruro de polivinilo, poliisobutileno, polibutadieno, y muchos otros que representan colectivamente millones de toneladas de producción mundial anual. Estos materiales aparecen en el embalaje, componentes automotrices, dispositivos médicos, productos electrónicos, textiles y materiales de construcción monopeso.
Comprender el Mecanismo de Crecimiento de Cadena
La frecuencia de crecimiento de la cadena de polimerización se caracteriza por una alta densidad de peso, una frecuencia de polimerización activa, una frecuencia de crecimiento de la producción de metales, una descomposición de pesos, una descomposición de pesos, una descomposición de pesos, una descomposición de los mismos, una descomposición de pesos de la serie de resultados.
Polimerización Radical Libre
La polimerización radical libre es el método de polimerización de adición más ampliamente practicado y comercialmente importante. Cuenta con la producción de la mayoría de los termoplásticos y elastómeros de productos básicos. El proceso se basa en radicales libres - especies neutros con un electrón no deseado- como los intermediarios reactivas. Estos radicales son altamente reactivas y pueden añadir a una amplia gama de monómeros de vinilos, haciendo el método extremadamente versátil.
Paso de iniciación
La iniciación en la polimerización radical libre requiere la generación de radicales de un precursor estable, típicamente un iniciador químico.Los iniciadores comunes incluyen peróxidos como el peróxido de benzoilo e hidroperoxidos alquilo, compuestos azo como inhibidores de la cadena de azobisisobutyronitrilo (AIBN), y sistemas de redox que generan radicales a temperaturas inferiores.
Paso de la aprobación
Durante la propagación, el extremo de la cadena radical añade unidades monoméricas sucesivas, con cada paso regenerando un radical a la cadena termino. La constante de la tasa de propagación es típicamente alta, lo que resulta en un crecimiento rápido de la cadena. La reacción es exotérmica y el control de temperatura cuidadoso es necesario para evitar reacciones de fuga.
Paso de terminación
La terminación en la polimerización radical libre se produce principalmente por dos mecanismos: combinación y desproporción. En combinación, dos cadenas radicales crecientes se unen para formar una sola molécula de polímero con una conexión de cabeza a cabeza. En desproporción, un átomo de hidrógeno se transfiere de una cadena a otra, produciendo un extremo de cadena saturada y un extremo insaturado.
Polimeros y Aplicaciones Clave
La polimerización de polimerización de poliméricos libres se utiliza para producir una amplia gama de polímeros comerciales. Poliestireno es producido por polimérico de alta densidad radical libre de poliméricos y es usado en envases de plásticos, aislantes y desechables.
Ventajas y limitaciones
Las principales ventajas de la polimerización radical libre son su amplio alcance monomeral, tolerancia de impurezas y condiciones de proceso relativamente simples. Puede ser llevado a cabo en granel, solución, suspensión o emulsión, proporcionando flexibilidad para diferentes requisitos de producto. La polimerización de la emulsión de la emulsión permite, en particular, un alto nivel de polimerización de peso molecular a tasas de reacción rápida con buena transferencia de calor.
Polimerización Cátedra
La polimerización ática procede a través de intermediarios de carbocación cargados positivamente. Es un poderoso método para los monoméricos polimerizadores con sustitutos electron-donantes que pueden estabilizar una carga positiva. El proceso es altamente sensible a las condiciones de reacción, que requieren atmósferas anhídricas e inertes para evitar la terminación prematura por los nucleófilos.
Iniciación y Propagación
La monoalterización de la polimerización es generalmente una reacción de Brønsted acid o un ácido de Lewis en combinación con un co-iniciador o fuente de protones.Los iniciadores comunes incluyen trifluoruro de hierro (BF3), tricloruro de aluminio (AlCl3) y tetracloruro de titanio (TiCl4) usados con agua, alcoholes o halidos alquiles como co-iniciadores.
Terminación y Transferencia de Cadenas
La terminación en polimerización cationic es más compleja que en sistemas radicales. El mecanismo de terminación más común es la combinación de la carbocación propagante con la contracción o con una impureza nucleófila. La transferencia de cadena al monómero también ocurre con frecuencia, donde la carbocación abstrae un ion hidrato de una molécula monomer, terminando una cadena e iniciando otra síntesis cínica.
Monomers y Condiciones Adecuables
Los monomericos más amenibles a la polimerización cationica son los que tienen grupos electron-donantes que pueden estabilizar la carbocación. El isobutileno es el monomer comercial más importante, polimerizado para producir goma de butilo y poliisobutileno riguroso. El estiércol y sus derivados pueden ser polimerizados cationically, aunque la ruta radical es más común comercialmente tejidértil.
Ejemplos industriales
El ejemplo industrial más prominente de la polimerización cationic es la producción de poliisobutileno y caucho butilo (un copolímero de isobutileno con una pequeña cantidad de isopreno). El caucho de butilo muestra una excelente impermeabilidad del gas y se utiliza en los revestimientos interiores de neumáticos, las vejigas de aire y los tapones farmacéuticos.
Polimerización aniónica
La polimerización aniónica procede a través de intermediarios de carbanión cargados negativamente. Ofrece el más alto grado de control sobre el peso molecular, la distribución de peso molecular y la arquitectura polímero de cualquier método de crecimiento de cadena. La polimerización anión viva, descubierta por Michael Szwarc en 1956, permite la síntesis de polímeros con pesos moleculares precisos, dispersión estrecha (Đ caución 1.1), y materiales de gran alcance, herramientas de polimerty.
Iniciación y Propagación
La iniciación en la polimerización anionica requiere una fuerte nucleófilo o base para generar el carbanio. Los iniciadores comunes incluyen compuestos organolitos como el n-butilio (n-BuLi) y el sec-butilio, así como metales alcalinos como el litio, sodio y potasio.
Características de la polimerización viviente
En polimerización viva anión, no hay una reacción de terminación inherente o transferencia de cadena bajo condiciones apropiadas. Esto significa que todas las cadenas polímeros se inician simultáneamente y crecen a la misma velocidad, lo que resulta en una distribución Poisson de pesos moleculares y una dispersión que se aproxima 1.0. La naturaleza viviente permite la adición secuencial de diferentes monómeros para producir copolímeros bloque con longitudes precisas.
Arquitectura Polimeral de control
El control preciso ofrecido por la polimerización anión permite la síntesis de complejas arquitecturas de polímeros que son difíciles o imposibles de lograr por otros métodos. Los copolímeros bloque como estilreno-butadieno-estireno (SBS) los elastómeros termoplásticos se producen comercialmente por polimerización anión secuencial.
Aplicaciones Comerciales e Investigaciones
La polimerización de polimertileno es importante, pero también es importante para la polimerización, y es importante para la producción de poliméricos estilizados, como el SBS y el estilíneo-isolítico (SIS), que se utilizan como elastómeros termoplásticos en los adhesivos, selladores, modificaciones en el estilismo.
Análisis comparativo de los tres métodos
Los tres tipos de polimerización adicional difieren sustancialmente en sus interacciones reactivas, iniciadores, alcance monomérico y nivel de control. La polimerización radical libre es la más robusta e industrialmente dominante, ofreciendo una amplia compatibilidad monomérica y tolerancia para impurezas, pero con control limitado sobre la distribución de peso molecular y la arquitectura.
Elegir el método de polimerización adecuado
La estructura monomeral es el principal determinante: los monoméricos con los grupos de electrones, como el estilismo y el drenaje de metila pueden ser poliméricos, aunque el radical libre es el más práctico.Los monomistas con grupos electron-donantes como el éter de vinilo y el isobutileno son los mejores adecuados para la cicleta radical.
Avances recientes y futuras direcciones
El campo de la polimerización de la adición sigue evolucionando. Técnicas de polimerización radical controladas como ATRP, RAFT y polimerización mediada por nitroxido (NMP) han colgado la brecha entre la simplicidad de los métodos anionales libres y la precisión de la producción de monomercados activos.
Conclusión
La polimerización de la adición, en sus variantes libres radicales, cationic y anionicas, proporciona la base química para una amplia gama de materiales que son esenciales para la tecnología moderna y la vida cotidiana. La polimerización radical libre domina la producción de polímeros de productos debido a su versatilidad y eficiencia económica.