21.8: بلمرة نمو السلسلة الجذرية: نظرة عامة

نمو السلسلة أو بلمرة الإضافة هي تفاعلات إضافة متتالية للمونومرات مع سلسلة بوليمر. في بلمرة نمو السلسلة الجذرية، يستمر التفاعل عبر وسيط جذري حر. يتم تشكيل الجذور الحرة من البادئات الجذرية، والتي تولد تلقائيا الجذور الحرة عن طريق الانشطار الانحلالي. تعتبر البيروكسيدات العضوية (مثل بيروكسيد ثنائي البنزويل، كما هو موضح في الشكل 1) أو مركبات الآزو من المحفزات الجذرية الشائعة. يتم استخدام نسبة تركيز منخفضة من البادئ الجذري إلى المونومر لتقليل الاقتران الجذري.

الشكل 1: تفاعل الانشطار الانحلالي للبادئ الجذري لبيروكسيد ثنائي البنزويل لتوليد جذور البنزويلوكسي والتحلل اللاحق إلى جذور الفينيل

يبدأ هذا الجذر الحر البلمرة عن طريق التفاعل مع جزيء المونومر. المونومرات غير المشبعة مناسبة لبلمرة نمو السلسلة الجذرية. مجموعة بديلة عبر الرابطة غير المشبعة التي تعمل على تثبيت الجذور الحرة تزيد من جدوى التفاعل. الإيثيلين والبروبيلين وكلوريد الفينيل والستايرين هي أمثلة على المونومرات التي يمكن بلمرتها عن طريق بلمرة نمو السلسلة الحرة.

التفاعل بين المونومر والجذر الحر يولد جذر حر جديد. يتفاعل هذا الجذر الجديد مع مونومر آخر وينتج جذر حر آخر. تنمو سلسلة البوليمر مع تكرار التفاعل بين الجذور الحرة الوسيطة والمونومرات بشكل تسلسلي. عادةً، تتكرر خطوة الانتشار من ألف إلى عشرة آلاف مرة قبل انتهاء البلمرة.

في كثير من الأحيان، يتم استخدام عوامل نقل السلسلة، مثل الثيول، للتحكم في الوزن الجزيئي (الشكل 2). يجب أن يكون عامل نقل السلسلة متفاعلًا بدرجة كافية لنقل ذرة الهيدروجين إلى السلسلة المتنامية لإنهاء نمو البوليمر. يجب أن يضاف الجذر الناتج إلى رابطة مزدوجة في المونومر لبدء البلمرة.

الشكل 2: (أعلى): تفاعل إنهاء عامل نقل السلسلة الثيول وسلسلة بوليمر متنامية؛ (أسفل): التفاعل اللاحق لجذر الثيول وجزيء المونومر لبدء نمو البوليمر

المثبطات هي الكواشف المستخدمة لتقليل تفاعل الجذور في سلسلة البوليمر المتنامية. الشكل 3 يصور تفاعل البنزوكينون كمثبط.

الشكل 3: التفاعل بين مثبط السلسلة البنزوكينون وسلسلة البوليمر المتنامية لتكوين جذر حر أقل تفاعلية