21.15: 단계 성장 중합: 개요

단계 성장 또는 축합 중합은 이관능성 또는 다관능성 단량체가 장쇄 중합체를 형성하는 단계적 반응입니다. 모든 단량체는 반응성이 있기 때문에 대부분은 반응 초기 단계에서 소비되어 반응성 올리고머의 작은 사슬을 형성하고, 이후 후기 단계에서 결합하여 긴 폴리머 사슬을 형성합니다. 따라서 고분자량 고분자를 얻기 위해서는 반응이 오랜 시간 진행되어야 합니다.

폴리에스테르, 폴리에테르, 우레탄 및 폴리아미드를 포함한 많은 천연 및 합성 고분자가 단계 성장 중합에 의해 생산됩니다.

관련된 단량체 유형에 따라 AABB 유형 또는 ABAB 유형 중합체가 있습니다. 양쪽 말단에 동일한 작용기를 갖는 단량체 AA와 BB는 AABB 유형 중합체를 형성하는 데 관여합니다. 예를 들어, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 또는 PET는 단량체 글리콜과 테레프탈산 사이의 반응에 의해 형성됩니다.

ABAB 유형 폴리머는 양쪽 끝에 두 개의 서로 다른 작용기를 갖는 AB 모노머로 형성됩니다. 6-아미노헥산산은 양 말단에 아민과 산 작용기가 있는 AB형 단량체입니다. 자체 응축을 거쳐 AB형 중합체인 나일론 6을 형성합니다. 두 경우 모두 A의 작용기는 B와 독점적으로 반응하며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

단계 성장 중합은 사슬 성장 중합에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 예를 들어, 중합을 시작하는 데 개시제가 필요하지 않으며 종결 반응도 없습니다. 그러나 높은 전환율과 고분자량을 달성하려면 일반적으로 오랜 반응 시간이 필요합니다.

폴리머를 형성하기 위해 단량체를 단계적으로 응축하는 것을 단계적 성장 중합화(step-growth polymerization)라고 합니다.

이 중합 공정에서 단량체는 반응하여 먼저 이량체를 형성한 다음 삼량체 또는 사량체를 형성한 다음 올리고머를 형성하고 결국 중합체를 형성합니다.

각 중합 단계는 물 또는 HCl 형태의 작은 분자 손실과 관련이 있기 때문에 축합 중합이라고도 합니다.

단계 성장 중합에 관여하는 단량체는 결합을 위해 두 가지 작용기를 가져야 합니다.

각 말단에 존재하는 작용기의 유형에 따라 단량체는 A-A 유형, B-B 유형 또는 AB 유형일 수 있습니다.

A-A 및 B-B 유형 단량체는 응축되어 (A-A-B-B_{) n} 형 중합체를 생성합니다.

AB 유형 단량체는 각 끝에 두 개의 서로 다른 작용기를 가지고 있습니다. 이러한 단량체는 자체 응축을 거쳐 (A-B)_n 유형 중합체를 형성합니다.