Реакції полімеризації та поліконденсації. Пластмаси

1. Поняття про реакції полімеризації та поліконденсації

Реакції полімеризації та поліконденсації лежать в основі синтезу високомолекулярних сполук (полімерів).

Високомолекулярні сполуки - це речовин, які мають велику молекулярну масу — понад 5000 а.о.м.

Більшість високомолекулярних сполук є полімерами.

Полімери це речовинами, які складаються з великої кількості повторюваних угруповань, що мають однакову будову. Ці угруповання називають елементарними ланками, або структурними одиницями. Наприклад, елементарною ланкою поліетилену є угруповання атомів — СН₂—СН₂ 

Число елементарних ланок, що повторюються в макромолекулі, називається ступенем полімеризації (позначається n). Залежно від ступеня полімеризації з одних і тих самих мономерів можна добувати речовини з різними властивостями. Так, поліетилен з короткими ланцюгами (n = 20) є рідиною, що має властивості мастил.

 Поліетилен з довжиною ланцюга в 1500-2000 ланок — це твердий, але гнучкий пластичний матеріал, з якого можна виготовляти плівки, пляшки та інший посуд, еластичні труби тощо. Нарешті, поліетилен з довжиною ланцюга в 5-6 тис. ланок є твердою речовиною, з якої можна виготовляти литі вироби, тверді труби, міцні нитки.

Полімеризацією називають процес з'єднання молекул мономерів, що призводить до утворення високомолекулярних сполук, без виділення побічних продуктів. Будова елементарної ланки в цьому випадку ідентична будові вихідного мономера.

Поліконденсацією називають процес з'єднання молекул мономерів, що призводить до утворення високомолекулярних сполук з одночасним виділенням якого-небудь низькомолекулярного продукту (вода, галогеноводень, аміак, спирт і ін.). Будова елементарної ланки таких полімерів відрізняється від будови вихідних мономерів.

Ці визначення умовні, оскільки є приклади, коли за наведеною ознакою необхідно було б віднести реакцію до процесів полімеризації, тоді як насправді вона є поліконденсацією, і навпаки.

Реакції полімеризації

У реакцію полімеризації вступає велике число ненасичених і циклічних сполук у результаті розриву в них кратних зв'язків або розкриття циклу.

Полімеризацію, в яку вступають молекули однієї речовини, називають гомополімеризацією:

_nА → (–А–)_n

Якщо в реакцію полімеризації вступають різні молекули, її називають співполімеризацією:

_nА + _nВ → (–А–В–)_n

Обов'язковими стадіями полімеризації є ініціювання мономера, ріст ланцюга, обрив ланцюга:

3. Реакції поліконденсації

Реакції поліконденсації визначаються наявністю в вихідних мономерах реакційноздатних функціональних груп. Так, наприклад, амінокислоти сполучаються між собою за за рахунок реакції аміногруп -NH₂ і карбоксильних груп -СООН, яке супроводжується утворенням пептидного зв'язку і відщепленням молекули води.

4. Полімери

За допомогою реакцій полімеризації добувають поліетилен, політетрафторетилен (тефлон), полістирол, синтетичні каучуки та ін.

Структурні формули полімерів коротко записують так: формулу елементарної ланки беруть у дужки і праворуч внизу ставлять букву n. Наприклад, структурна формула поліетилену (—СН₂—СН₂—)n.

Полівінілхлорид — продукт полімеризації хлористого вінілу (вінілхлориду) СН₂=СНСl

Властивості: не горючий, стійкий до дії хімічних реагентів, легко забарвлюється.

З пластмас на основі полівінілхлориду виготовляють клейонку, плащі, портфелі, штучну шкіру для взуття тощо. Широко застосовується для ізоляції проводів і кабелю.

Тефлон — продукт полімеризації тетрафторетилену:

nCF₂ = CF₂ −> (—CF₂—CF₂—)n.

Це найінертніша органічна речовина (на неї впливають лише розплавлені калій і натрій). Має високу морозо- і теплостійкість.

Полістирол — добувають полімеризацією стиролу.

Тверда прозора пружна речовина.

Полістирол використовують як діелектрик в електро- і радіотехніці. Йде на виготовлення кислототривких труб, тари, а також побутових виробів — гребінців, іграшок та ін. З нього виготовляють легкі пористі матеріали — пінопласти.

5. Поліетилен

Поліетилен — найпоширеніша пластмаса у світі.

Цікаві факти про пластмаси

1. Пластику необхідно близько 450 років тільки для того, щоб почати розпадатися. Після цього процес його розкладання займає додаткових 50-80 років.
2. Це означає, що жоден шматок пластмаси не встиг ще розпастися.
3. У 1976 році середній американець випив менше 4 літрів бутильованої води. У 2006 році ця цифра склала 106 літрів.
4. Приблизно 40% від загального обсягу відходів з пластмаси в середній американській сім'ї становлять пластикові пляшки.
5. 90% ціни на воду в пляшках становить вартість самої пластмаси. Вода обходиться тільки в 10% від цієї суми.
6. Середній американець купує 167 пляшок води в рік.
7. Необхідно 90 мільйонів літрів нафти для виготовлення мільярда пластикових пляшок.
8. З 25 перероблених пластикових пляшок можна зробити один флісовий піджак.
9. Європейці не особливо цікавляться переробкою пластмаси. В даний час в Європі переробляється тільки 2,5% пластикових пляшок.
10. Щорічно в море потрапляють до 150000 тонн пластику, включаючи упаковки та риболовні сіті.
11. Пластик викликає загибель багатьох морських тварин, які помилково приймають його за їжу. Загальна кількість загиблих тварин вже налічує близько мільйона особин.
12. Щорічно виробляється більше 13 мільярдів пластикових пакетів, що становить 300 штук на одного дорослого.
13. За останні роки бізнес з переробки пластику в США отримав неймовірне поширення. Кількість підприємств потроїлася і на даний момент складає 1600.
14. Незважаючи на це, число переробленого пластику залишається все тим же - 27%, це викликано все зростаючим рівнем виробництва пластмас.
15. Утилізація однієї пластикової пляшки вивільняє енергію, достатню для того, щоб 60 Вт лампочка світила протягом 6 годин.
16. Вторинна переробка пластмас дозволяє зекономити до 2/3 необхідної енергії для виробництва пластику з сировини.
17. 4 з 5 сумок в США зроблені з пластика
18. Згідно з опитуваннями, 90% споживачів пластикових пакетів використовують їх повторно.
19. Розлив по пляшках і доставка води — найменш енергоефективний спосіб подачі води. На жаль, він залишається найпопулярнішим.
20. Багато країн заборонило або обмежило використання пластикових пакетів.