21.15: Полимеризация ступенчатого роста: Обзор

Ступенчатая или конденсационная полимеризация представляет собой пошаговую реакцию би- или многофункциональных мономеров для образования полимеров с длинной цепью. Поскольку все мономеры реакционноспособны, большая часть мономеров потребляется на ранних стадиях реакции с образованием коротких цепей реакционноспособных олигомеров, которые затем объединяются в длинные полимерные цепи на поздних стадиях. Поэтому реакция должна продолжаться долгое время, чтобы достичь полимеров с высокой молекулярной массой.

Многие природные и синтетические полимеры производятся методом полимеризации ступенчатого роста, включая полиэфиры, полиэфиры, уретаны и полиамиды.

В зависимости от типа используемых мономеров различают полимеры типа AABB или ABAB. Мономеры АА и ВВ с одинаковыми функциональными группами на обоих концах участвуют в образовании полимеров типа ААВВ. Например, поли(этилентерефталат) или ПЭТ образуется в результате реакции между мономерами гликолем и терефталевой кислотой.

Тогда как полимеры типа АВАВ образуются из мономеров АВ с двумя разными функциональными группами на обоих концах. 6-Аминогексановая кислота представляет собой мономер типа AB с аминной и кислотной функциональной группой на каждом конце. Она подвергается самоконденсации с образованием нейлона 6, полимера типа AB. В обоих случаях функциональная группа А реагирует исключительно с группой В и наоборот, образуя новую ковалентную связь.

Полимеризация ступенчатого роста дает несколько преимуществ по сравнению с полимеризацией с ростом цепи; например, для начала полимеризации не требуется инициатор, а реакции обрыва отсутствуют. Однако, для достижения высоких степеней конверсии и высоких молекулярных масс обычно требуется длительное время реакции.

Ступенчатая конденсация мономеров с образованием полимеров известна как ступенчатая полимеризация.

В этом процессе полимеризации мономеры реагируют сначала с образованием димеров, которые затем образуют тримеры или тетрамеры, за которыми следует образование олигомеров и, в конечном итоге, полимеров.

Поскольку каждый этап полимеризации связан с потерей малых молекул в виде воды или HCl, он также известен как конденсационная полимеризация.

Мономеры, участвующие в поэтапной полимеризации, должны иметь две функциональные группы для связывания.

В зависимости от типа функциональных групп, присутствующих на каждом конце, мономеры могут быть типа А-А, типа В-В или типа А-В.

Мономеры типа A-A и B-B конденсируются с образованием полимера типа (A-A-B-B_)n.

Мономеры типа А-В имеют две различные функциональные группы на каждом конце. Эти мономеры подвергаются самоконденсации с образованием полимера типа (A-B)_n.