21.15: Polimeryzacja stopniowa: przegląd

Polimeryzacja stopniowa lub kondensacyjna to stopniowa reakcja dwu- lub wielofunkcyjnych monomerów, prowadząca do powstania polimerów o długim łańcuchu. Ponieważ wszystkie monomery są reaktywne, większość monomerów jest zużywana we wczesnych stadiach reakcji, tworząc małe łańcuchy reaktywnych oligomerów, które następnie łączą się, tworząc długie łańcuchy polimerowe w późnych stadiach. Dlatego reakcja musi trwać długo, aby uzyskać polimery o wysokiej masie cząsteczkowej.

Wiele polimerów naturalnych i syntetycznych, w tym poliestry, polietery, uretany i poliamidy, wytwarza się w drodze polimeryzacji stopniowej.

W zależności od rodzaju stosowanych monomerów istnieją polimery typu AABB lub ABAB. Monomery AA i BB z tymi samymi grupami funkcyjnymi na obu końcach biorą udział w tworzeniu polimerów typu AABB. Na przykład poli(tereftalan etylenu) lub PET powstaje w wyniku reakcji pomiędzy monomerami, glikolem i kwasem tereftalowym.

Natomiast polimery typu ABAB powstają z monomerów AB z dwiema różnymi grupami funkcyjnymi na obu końcach. Kwas 6-aminoheksanowy jest monomerem typu AB z aminową i kwasową grupą funkcyjną na każdym końcu. Ulega samokondensacji, tworząc nylon 6, polimer typu AB. W obu przypadkach grupa funkcyjna A reaguje wyłącznie z grupą B i odwrotnie, tworząc nowe wiązanie kowalencyjne.

Polimeryzacja stopniowa posiada kilka zalet w porównaniu z polimeryzacją ze wzrostem łańcucha; na przykład do rozpoczęcia polimeryzacji nie jest wymagany żaden inicjator i nie ma reakcji zakończenia. Jednakże, aby osiągnąć wysoki stopień konwersji i wysokie masy cząsteczkowe, zazwyczaj wymagane są długie czasy reakcji.

Stopniowa kondensacja monomerów w celu wytworzenia polimerów jest znana jako polimeryzacja skokowo-wzrostowa.

W tym procesie polimeryzacji monomery reagują, tworząc najpierw dimery, które następnie tworzą trimery lub tetramery, a następnie tworzą oligomery i ostatecznie polimery.

Ponieważ każdy etap polimeryzacji wiąże się z utratą małych cząsteczek w postaci wody lub HCl, jest on również znany jako polimeryzacja kondensacyjna.

Monomery biorące udział w polimeryzacji krokowej muszą mieć dwie grupy funkcyjne do wiązania.

W zależności od rodzaju grup funkcyjnych obecnych na każdym końcu, monomery mogą być typu A-A, typu B-B lub typu A-B.

Monomery typu A-A i B-B kondensują się, dając polimer typu (A-A-B-B)_N.

Monomery typu A-B mają dwie różne grupy funkcyjne na każdym końcu. Monomery te ulegają samokondensacji, tworząc polimer typu (A-B)_n.