Polimeryzacja

Polimeryzacja:
Reakcja chemiczna monomerów prowadząca do powstania polimerów. Począwszy od lat 30. XX w. wiele reakcji polimeryzacji wykorzystanych jest w przemyśle. Szybkość polimeryzacji uzależniona jest od temperatury, ciśnienia, ilości i rodzaju inicjatora lub katalizatora.
Rozróżnia się polimeryzację addycyjną i polimeryzację kondensacyjną (polikondensacja). Podczas polimeryzacji addycyjnej łączenie się monomerów ma charakter reakcji łańcuchowej, która przebiega bez wydzielenia małocząsteczkowych produktów ubocznych.
Rozróżnia się polimeryzację addycyjną rodnikową, jonową (anionową i kationową) oraz koordynacyjną.
Ze względów technologicznych rozróżnia się:
1) polimeryzację blokową (polimeryzację w masie). Odbywa się ona poprzez ogrzewanie monomeru w fazie stałej, ciekłej lub gazowej z inicjatorem lub katalizatorem w reaktorach chemicznych.
Produktem polimeryzacji blokowej jest stały polimer (blok, taśma lub pręt) o wysokiej czystości i dużej masie cząsteczkowej. Polimeryzacja prowadzona jest w sposób ciągły lub periodyczny.
2) polimeryzację w roztworze. Środowiskiem polimeryzacji jest odpowiedni rozpuszczalnik, w którym rozpuszcza się reagenty. Polimeryzacja prowadzona jest w podwyższonej temperaturze.
Jako produkt otrzymuje się polimer o małej polidyspersyjności i mniejszej masie cząsteczkowej w porównaniu z produktami polimeryzacji blokowej. Polimeryzacja prowadzona jest sposobem periodycznym lub półciągłym.
3) polimeryzację emulsyjną. Monomer przed polimeryzacją poddaje się zdyspergowaniu w wodnym roztworze emulgatora. Inicjatorami polimeryzacji w emulsji są: nadtlenek wodoru, wodoronadtlenek kumenu, nadsiarczany i układy redoksowe. Do środowiska reakcji dodaje się związków pomocniczych, które regulują pH środowiska reakcji oraz napięcie powierzchniowe.
Polimeryzacja prowadzona jest w sposób ciągły lub periodyczny. Produktem polimeryzacji jest wodna zawiesina polimeru, tzw. lateks.
4) polimeryzację w zawiesinie (polimeryzację suspensyjną, perełkową). Inicjator polimeryzacji jest rozpuszczony w kroplach monomeru zdyspergowanych w odpowiednim roztworze koloidów organicznych (np. poli(alkohol winylowy)) lub zawiesinie soli nieorganicznych (np. fosforan wapniowy), które działają stabilizująco.
Polimeryzacja prowadzona jest w sposób periodyczny. Uzyskany polimer ma postać gładkich lub porowatych perełek.
5) polimeryzację w fazie gazowej. Monomerami są gazy o niskiej temperaturze krytycznej, proces polimeryzacji prowadzony jest w adiabatycznych reaktorach rurowych lub autoklawach pod zwiększonym ciśnieniem (kopolimeryzacja).

Monomer:
Substancja wyjściowa do produkcji polimeru.

Polimery:
Związki, których cząsteczki składają się z bardzo wielu mniejszych, powtarzających się ugrupowań atomowych, merów. Istnieją polimery naturalne (np. białka, celuloza, kauczuk) i syntetyczne.
Ze względu na ogólną strukturę i warunki przetwórstwa rozróżnia się polimery łańcuchowe, które topią się w wyższych temperaturach i są rozpuszczalne w odpowiednich rozpuszczalnikach (termoplasty), oraz termo- lub chemoutwardzalne (czyli tzw. duroplasty), które pod wpływem odpowiednio wysokiej temperatury albo odczynników chemicznych ulegają usieciowaniu i stają się tworzywami nietopliwymi i nierozpuszczalnymi.
Polimer addycyjny (poliaddukt) jest produktem poliaddycji (polimeryzacja), polimer kondensacyjny (polikondensat) jest produktem polikondensacji. Polimery ataktyczne mają nieregularną strukturę. W stereoregularnych polimerach izotaktycznych podstawniki są rozmieszczone po tej samej stronie płaszczyzny łańcucha.
Polimery syndiotaktyczne (również stereoregularne) mają podstawniki regularnie rozmieszczone po obu stronach łańcucha.
Z polimerów produkowane są: przedmioty codziennego użytku, folie przemysłowe, obwody drukowane, wyłączniki membranowe, materiały izolacyjne, sprzęt sportowy (np. deski surfingowe, narty) i medyczny (np. strzykawki), meble ogrodowe, uszczelki, kleje, lakiery, części samochodów, samolotów, statków kosmicznych, wykładziny zaworów, elementy aparatów audio-wideo, mikrochipy, instrumenty optyczne, płyty kompaktowe.
Polimery mogą służyć jako rozpuszczalniki w stałych elektrolitach.


Z polimerów biodegradowalnych (np. homo- i kopolimery kwasu poliasparaginowego, polimery hydroksymaślanu i hydroksywalerianianu) wytwarza się opakowania do środków kosmetycznych, żywice do uzdatniania wody i produkcji detergentów.
Polimery mogą służyć także jako katalizatory reakcji fotochemicznych, np. tzw. polielektrolity antenowe używane w procesach degradacji organicznych zanieczyszczeń środowiska ( tworzywa sztuczne).

Inicjatory polimeryzacji:
Związki chemiczne służące do rozpoczęcia reakcji polimeryzacji. Inicjatory polimeryzacji mają wpływ zarówno na mechanizm polimeryzacji, jak i jej szybkość oraz cechy produktu. Rozróżnia się następujące rodzaje inicjatorów polimeryzacji:
- inicjatory polimeryzacji wolnorodnikowej (związki chemiczne łatwo rozpadające się do wolnych rodników lub reaktywnych produktów pośrednich, np. nadtlenek benzoilu, nadtlenek wodoru, nadsiarczan sodowy, związki diazowe),
- inicjatory polimeryzacji kationowej (kwasy Lewisa np. BF3, AlCl3, SbCl5, TiCl4, zaaktywowane dodatkiem kokatalizatora, najczęściej wody),
- inicjatory polimeryzacji anionowej (metale alkaliczne, wodorki, wodorotlenki, amidki, związki metaloorganiczne),
- inicjatory polimeryzacji koordynacyjnej (katalizatory Zieglera-Natta).
Masa wprowadzonego inicjatora stanowi 0,1-2% masy monomeru.

Katalizator:
Substancja, której obecność w układzie reagentów wywołuje zmianę szybkości reakcji chemicznej. Bierze udział w zachodzących reakcjach, jednakże tak, że pozostaje po ich zajściu w niezmienionej ilości i postaci chemicznej, w związku z czym nie pojawia się w sumarycznych równaniach opisywanych reakcji.
Substancje zwiększające szybkość są nazywane katalizatorami dodatnimi (lub skrótowo katalizatorami), zaś substancje hamujące daną reakcję zwane są jej inhibitorami (katalizatorami ujemnymi). Katalizatory dodatnie przyspieszają reakcje obniżając ich energie aktywacji poprzez zmianę drogi reakcji.
Znalezienie odpowiedniego dla danej reakcji katalizatora zazwyczaj nie jest łatwe i wymaga wielu badań laboratoryjnych. Rolę katalizatorów w licznych procesach biologicznych odgrywają enzymy (fermenty).


Polikondensacja:
Reakcja grup funkcyjnych monomerów, która przebiega z wydzieleniem pewnych substancji (np. wody, amoniaku, chlorowodoru) i jednoczesnym utworzeniem makrocząsteczki.
Wzrost powstającego łańcucha makrocząsteczki odbywa się stopniowo. Podczas homopolikondensacji reagują z sobą cząsteczki jednego monomeru (np. polikondensacja kwasu w-aminoenantowego), podczas heteropolikondensacji dochodzi do reakcji między różnymi monomerami (np. polikondensacja diamin z kwasami dikarboksylowymi).

Masa cząsteczkowa - masa atomowa:
(często niepoprawnie: ciężar atomowy), liczba określająca, ile razy masa średniego atomu danego pierwiastka (tj. dla naturalnej mieszaniny izotopów danego pierwiastka) jest większa od pewnej masy wzorcowej: jako masę wzorcową przyjmuje się 1/12 masy atomu izotopu 12C (tzw. skala węglowa) lub (dawniej) 1/16 masy atomu izotopu 16O (tzw. skala tlenowa).
Analogiczna wielkość dla cząsteczki nosi miano masy cząsteczkowej. Masa atomowa dla separowanych izotopów nazywa się masą izotopową lub nuklidową.

Roztwór:
Układ wieloskładnikowy jednofazowy, o cząsteczkowej dyspersji. Składnik roztworu będący w przewadze ilościowej nosi nazwę rozpuszczalnika, pozostałe składniki są rozpatrywane jako substancje rozpuszczone.
Rozróżnia się:
1) ze względu na stan skupienia: roztwory gazowe, ciekłe i stałe.
2) ze względu na spełnienie warunku o jednakowym współczynniku aktywności wszystkich składników (równym jedności) i zachowaniu lub odstępstwie od prawa Raoulta (ciecze) i Daltona (gazy): roztwory doskonałe i rzeczywiste.
W medycynie leki w postaci rozpuszczonej (w wodzie, alkoholu, eterze, glicerynie itp.). W dermatologii roztwory stosuje się do pędzlowania skóry (np. wodne lub alkoholowe roztwory różnych barwników) lub do okładów i przymoczków (np. okłady z roztworu kwasu bornego), rzadziej w postaci kąpieli leczniczych (np. nadmanganianu potasu).

Reagent:
Substancja biorąca udział w reakcji chemicznej, substrat lub produkt.

Substrat:
Rodzaj chemiczny uważany za reagent wyjściowy reakcji chemicznej.

Rodzaj chemiczny:
Zbiór identycznych cząstek chemicznych (indywiduów molekularnych): atomów, cząsteczek, jonów, rodników.

Produkt:
Substancja powstająca w wyniku reakcji chemicznej.

Reakcja chemiczna:
Przemiana substancji chemicznych (substratów) w inne substancje chemiczne, czyli produkty (powinowactwo chemiczne reakcji , stechiometria).

Emulgatory:
Substancje zwiększające trwałość emulsji, wykazują aktywność powierzchniową. Jako emulgatory stosowane są m.in. albumina, kazeina, żelatyna, guma arabska, lecytyna.

pH:
Wykładnik stężenia jonów wodorowych zdefiniowany za pomocą wzoru pH=-log[H+]. Pomiar pH roztworów wykonywany jest za pomocą półogniwa chinhydronowego lub elektrody szklanej.

Napięcie powierzchniowe:
W fizykochemii napięcie międzyfazowe panujące na granicy ośrodka gazowego i cieczy.

Napięcie międzyfazowe:
W fizykochemii, praca potrzebna do izotermicznego, odwracalnego wytworzenia jednostkowej powierzchni rozdziału dwóch faz (np. cieczy i ciała stałego).
Miarą napięcia międzyfazowego jest stosunek pracy do powierzchni, jednostką w układzie SI jest J/m2 lub N/m. Mikroskopowo napięcie międzyfazowe wynika z różnicy sił oddziaływań międzycząsteczkowych w obu fazach.

Lateks, mleczko kauczukowe:
Sok mleczny roślin kauczukodajnych, złożony głównie z wody (52-60%) i kauczuku (34-37%) oraz pewnych ilości białek, żywic, cukrów i soli mineralnych.
Lateks otrzymywany jest przez odpowiednie nacinanie drzew kauczukodajnych, a następnie dodanie stabilizatorów, np. amoniaku, w celu zapobieżenia koagulacji.
Lateks stosowany jest do otrzymywania kauczuku naturalnego oraz bezpośrednio w przemyśle gumowym do produkcji wyrobów gąbczastych, rękawiczek gumowych, zabawek, do powlekania tkanin, itp.
Obok lateksu naturalnego stosuje się również lateks syntetyczny, otrzymywany jako produkt pośredni w procesie wytwarzania kauczuków syntetycznych.

Układy koloidalne, koloidy, roztwory koloidalne:
Układy dyspersyjne o odpowiednio małych cząstkach fazy rozproszonej (tzw. cząstkach koloidalnych).
Ze względu na metodę otrzymywania rozróżnia się układy koloidalne: dyspersyjne (rozdrobnienie fazy stałej np. w generatorach ultradźwiękowych lub przez peptyzację), asocjacyjne, czyli micelarne (łączenie się cząsteczek w agregaty), cząsteczkowe, czyli eukoloidy (rozpuszczenie związku wysokocząsteczkowego, np. białka, w wodzie).
W układach koloidalnych liofobowych cząstki fazy rozproszonej nie ulegają solwatacji (np. zole metali szlachetnych w wodzie), w układach koloidalnych liofilowych cząstki te są silnie solwatowane przez cząsteczki fazy rozpraszającej (np. zol kauczuku w benzenie).
Do swoistych cech układów koloidalnych należą: wysokie wartości współczynników dyfuzji cząstek koloidalnych, podwyższona lepkość, rozpraszanie światła, wykonywanie ruchów Browna przez cząstki koloidalne.

Autoklaw:
Aparat do wyjaławiania materiału opatrunkowego, bielizny operacyjnej, rękawiczek gumowych, narzędzi chirurgicznych i szkła laboratoryjnego za pomocą pary wodnej bieżącej o temperaturze od 121 do 134, pod ciśnieniem od 1,5 do 2,5 atmosfer. Autoklaw służy również do przeprowadzania reakcji chemicznych.

Kopolimeryzacja:
Polimeryzacja mieszaniny dwóch (lub więcej) monomerów, w wyniku której otrzymuje się kopolimery o różnej strukturze: przemienne, szczepione, blokowe lub statystyczne. Właściwości produktu zależą od rodzaju łączonych merów i ich stosunków molowych.