В химии полимеров полимеризация ( американский английский ) или полимеризация ( британский английский ) — это процесс взаимодействия молекул мономера вместе в химической реакции с образованием полимерных цепей или трехмерных сетей. [1] [2] [3] Существует множество форм полимеризации, и существуют различные системы их классификации.
В химических соединениях полимеризация может происходить посредством множества механизмов реакции, которые различаются по сложности из-за функциональных групп , присутствующих в реагентах [3] и присущих им стерических эффектов . При более простой полимеризации алкены образуют полимеры посредством относительно простых радикальных реакций ; напротив, реакции, связанные с замещением карбонильной группы, требуют более сложного синтеза из-за способа полимеризации реагентов. [3] Алканы тоже могут полимеризоваться, но только с помощью сильных кислот. [4]
Поскольку алкены могут полимеризоваться в довольно простых радикальных реакциях, они образуют полезные соединения, такие как полиэтилен и поливинилхлорид (ПВХ) [3] , которые производятся в больших объемах каждый год [3] из-за их полезности в процессах производства коммерческих продуктов, таких как в качестве трубопроводов, изоляции и упаковки. В общем, полимеры, такие как ПВХ, называются « гомополимерами », поскольку они состоят из повторяющихся длинных цепей или структур одного и того же мономерного звена, тогда как полимеры, которые состоят из более чем одного мономерного звена, называются сополимерами (или сополимерами). ). [5]
Другие мономерные звенья, такие как гидраты формальдегида или простые альдегиды, способны полимеризоваться при довольно низких температурах (около -80 ° C) с образованием тримеров ; [3] молекулы, состоящие из 3 мономерных звеньев, которые могут циклизироваться с образованием кольцевых циклических структур или подвергаться дальнейшим реакциям с образованием тетрамеров , [3] или соединений из 4 мономерных звеньев. Такие небольшие полимеры называются олигомерами . [3] Как правило, поскольку формальдегид является исключительно реакционноспособным электрофилом, он допускает нуклеофильное присоединение полуацеталя .промежуточные соединения, которые, как правило, представляют собой недолговечные и относительно нестабильные соединения «средней стадии», которые реагируют с другими присутствующими неполярными молекулами с образованием более стабильных полимерных соединений.
Полимеризация, которая недостаточно замедлена и протекает с высокой скоростью, может быть очень опасной. Это явление известно как автоускорение и может вызвать пожары и взрывы.
Ступенчатый рост и рост цепи являются основными классами механизмов реакций полимеризации. Первый вариант зачастую проще реализовать, но он требует точного контроля стехиометрии. Последний более надежно дает полимеры с высокой молекулярной массой, но применим только к определенным мономерам.