واکنش های پلیمریزاسیون

کلمات کلیدی:
مونومر

این صفحه، به مقدمه‌ی کوتاهی درباره‌ی نحوه‌ی تولید پلیمرها اختصاص داده شده است. واکنش شیمیایی‌ای که در آن پلیمرها به وجود می‌آیند، ‌پلیمریزاسیون نام دارد. تعداد زیادی از این واکنش‌ها، با انواع مختلف وجود دارد. اما همه پلیمریزاسیون‌ها در یک موضوع مشترک هستند: همه‌ی آنها با مولکول‌های کوچک شروع می‌کنند و با وصل کردن آنها به یکدیگر، به مولکول‌هایی غول آسا می‌رسند. ما این مولکول‌های کوچک اولیه را مونومر می‌نامیم. مونومرها، از راه‌های مختلف به هم متصل می‌شوند. در اینجا قصد داریم واکنش‌های پلیمریزاسیون را دسته‌بندی می‌کنیم، بنابراین ابتدا باید با سیستم‌های مختلف دسته‌بندی آشنا شویم. اولین سیستم، سیستم افزایشی – تراکمی است.

سیستم افزایشی – تراکمی

این سیستم، پلیمریزاسیون‌ها را به دو دسته تقسیم می‌کند:

پلیمریزاسیون افزایشی

و

پلیمریزاسیون تراکمی

پلیمریزاسیونی، پلیمریزاسیون افزایشی نامیده می شود که تمام بخش های یک مونومر، قسمتی از پلیمر باشند. همچنین پلیمریزاسیون تراکمی، پلیمریزاسیونی است که وقتی مونومر وارد زنجیر پلیمر می شود قسمتی از آن کنده شود. معمولاً این قسمتِ جدا شده، یک مولکول کوچک مثل آب یا گاز HCl است.

به چند مثال توجه کنید تا موضوع روشن شود.

وقتی اتیلن پلیمریزه می‌شود تا پلی‌اتیلن را بسازد، هر اتم از مولکول اتیلن جزئی از پلیمر خواهد بود. مونومر کاملاً به پلیمر افزوده می‌شود. یک پلیمر افزایشی مثل یک دوست خوب است که همه چیز شخصیت شما را، خوب یا بد، می‌پذیرد.

اما یک پلیمر تراکمی بیشتر شبیه یک حزب سیاسی است که به شما می گوید: «حتماً می توانید به ما بپیوندید، اما به شرطی که از یک سری از دوستانتان جدا شوید.» می بینید که در پلیمریزاسیون تراکمی، برخی از اتم های مونومر در پلیمر نهایی حضور ندارند. وقتی نایلون ۶،۶ از آدیپویل کلراید و هگزا اتیلن دی آمین تشکیل می شود، اتم های کلر آدیپویل کلراید هر کدام با یک اتم هیدروژن آمین، به صورت گاز HCl جدا می شوند.

چون پلیمر نسبت به مجموع مونومرهای اولیه جرم کمتری دارد، می گوییم پلیمر در مقایسه با مونومرها متراکم شده است. محصول جانبی که گاز HCl، آب یا غیره است، محصول تراکم نامیده می شود.

در یک کلام، پلیمریزاسیون تراکمی محصول جانبی ایجاد می‌کند، اما پلیمریزاسیون افزایشی این‌طور نیست.

حالا بیایید در مورد سیستم بعدی طبقه بندی صحبت کنیم: سیستم زنجیری- مرحله‌ای

سیستم رشد زنجیری- رشد مرحله‌ای

سیستم دیگر نیز واکنش‌های پلیمریزاسیون را به دو دسته تقسیم می‌کند :

پلیمریزاسیون‌های زنجیری

و

پلیمریزاسیون‌های مرحله‌ای

اختلاف بین این دو دسته از اختلاف بین پلیمریزاسیون تراکمی و افزایشی کمی پیچیده‌تر است. این واکنش‌ها به صورت زیر دنبال می‌شوند:

در پلیمریزاسیون زنجیری، مونومرها به یک باره بخشی از پلیمر می‌شوند. برای اینکه طرز کار این نوع پلیمریزاسیون را به شما نشان دهیم، در اینجا تصویری از یک پلیمریزاسیون زنجیری را آورده‌ایم. این واکنش، پلیمریزاسیون آنیونی استایرن برای تولید پلی‌استایرن است. نگاهی به این شکل بیندازید.

اما در پلیمریزاسیون مرحله‌ای قضیه کمی پیچیده‌تر است. در اینجا به پلیمریزاسیون مرحله‌ای دو مونومر ترفتویل‌کلراید و اتیلن گلیکول که منجر به تولید پلی‌استری به نام پلی(اتیلن ترفتالات) می‌شود، نگاهی می‌اندازیم. اولین اتفاقی که می‌افتد این است که دو مونومر برای تشکیل یک دیمر، واکنش خواهند داد. خیلی ساده به نظر می‌رسد.

در سیستم زنجیری فقط یک چیز می‌تواند اتفاق بیافتد: مونومر سومی برای تشکیل تریمر به دیمر افزوده شود، سپس مونومر چهارم برای تشکیل تترامر و … . اما اینجا در سرزمین آزاد پلیمریزاسیون مرحله‌ای، دیمر کارهای متفاوت زیادی می‌تواند انجام دهد. این دیمر مسلماً می‌تواند با یکی از مونومرها واکنش کرده و یک تریمر ایجاد کند:

اما این دیمر کارهای دیگری نیز می‌تواند انجام دهد. ممکن است با یک دیمر دیگر واکنش داده و تترامر تولید کند.

یا حتی ممکن است با یک تریمر وارد واکنش شده و یک پنتامر تشکیل دهد.

اگر بخواهیم قضیه را پیچیده‌تر کنیم، این تترامرها و پنتامرها می‌توانند برای تشکیل الیگومرهای بزرگ‌تر واکنش دهند. و بنابراین، این الیگومر‌ها رشد می‌کنند و رشد می‌کنند تا اینکه سرانجام آن قدر بزرگ می‌شوند که دیگر می‌توان به آنها پلیمر گفت.

تفاوت اصلی، در این است: در پلیمریزاسیون مرحله‌ای زنجیر‌های در حال رشد ممکن است با هم واکنش دهند تا زنجیر‌های بزرگ‌تری تولید شود. این امر برای زنجیر‌ها با هر طولی صادق است. مونومر یا دیمر ممکن است به همان روشی واکنش دهند که زنجیری شامل صدها مونومر این کار را می‌کند. اما در پلیمریزاسیون افزایشی فقط مونومرها با زنجیر‌های در حال رشد واکنش می‌دهند. دو زنجیر در حال رشد نمی‌توانند همانند آنچه در پلیمریزاسیون مرحله‌ای اتفاق می‌افتد به هم متصل شوند.

اختلافات غیر قابل انطباق

اگر دقت کرده باشید، در مثال پلیمریزاسیون مرحله ای برای تولید پلی استر با محصول جانبی گاز HCl، واکنش صورت گرفته می تواند یک پلیمریزاسیون تراکمی هم باشد.

همین‌طور در مثال پلیمریزاسیون زنجیری هیچ محصول جانبی تولید نشد. می‌توان گفت که این واکنش هم علاوه بر این که یک پلیمریزاسیون زنجیری است، یک پلیمریزاسیون افزایشی هم به حساب می‌آید.

نتیجه‌گیری آسان این است که پلیمریزاسیون مرحله‌ای با پلیمریزاسیون تراکمی، و پلیمریزاسیون زنجیری با پلیمریزاسیون افزایشی یکی هستند. اما این درست نیست. پلیمریزاسیون‌های افزایشی‌ای وجود دارند که مرحله‌ای هستند. یک مثال، پلیمریزاسیونی است که پلی‌یورتان را تولید می‌کند. همچنین پلیمریزاسیون‌های تراکمی‌ای هم وجود دارند که پلیمریزاسیون زنجیری هستند. تلاش جهت تطبیق دادن دو سیستم رده بندی زنجیری-مرحله‌ای و افزایشی-تراکمی بیهوده است. هرکدام ضوابط خاص خودشان را دارند و طبقه‌بندی پیشنهاد شده در یک سیستم، همواره با طبقه‌بندی ارائه شده از سوی سیستم دیگر منطبق نیست. پس سعی نکنید دو سیستم را با هم مطابقت دهید. فقط بدانید که پلیمریزاسیون‌ها می‌توانند بصورت زنجیری یا مرحله‌ای و همچنین تراکمی یا افزایشی باشند.