واکنش‌های پلیمریزاسیون آکریلات چیست؟

آکریلات ها دسته ای از ترکیبات آلی پرکاربرد با پیوندهای دوگانه کربن - کربن راکتیو هستند که به آنها اجازه می دهد تا تحت واکنش های پلیمریزاسیون مختلف قرار گیرند. من به عنوان یک تامین کننده آکریلات، با پیچیدگی های این فرآیندهای پلیمریزاسیون و کاربردهای آنها آشنا هستم. در این وبلاگ، انواع مختلف واکنش های پلیمریزاسیون آکریلات ها را بررسی می کنم، مکانیسم ها، محصولات و کاربردهای واقعی آنها را توضیح می دهم.

1. پلیمریزاسیون رادیکال آزاد

پلیمریزاسیون رادیکال های آزاد رایج ترین روش برای پلیمریزاسیون آکریلات ها است. این شامل سه مرحله اصلی است: شروع، انتشار و خاتمه.

شروع

فرآیند با آغازگر شروع می شود. در پلیمریزاسیون رادیکال آزاد آکریلات ها، آغازگرهای رایج پراکسیدهای آلی یا ترکیبات آزو هستند. به عنوان مثال، بنزوئیل پراکسید در اثر حرارت یا قرار گرفتن در معرض نور تجزیه می شود و رادیکال های آزاد تولید می کند. سپس رادیکال‌های آزاد با مونومر آکریلات واکنش می‌دهند و به پیوند دوگانه کربن - کربن حمله می‌کنند و رادیکال جدیدی روی مونومر تشکیل می‌دهند.

[R - O - O - R \xrightarrow{\Delta \text{ یا } h\nu} 2R - O^{\cdot}]
[R - O^{\cdot}+CH_{2}=CH - COOR' \راست فلش R - O - CH_{2}-CH^{\cdot}-COOR']

تکثیر

هنگامی که رادیکال اولیه تشکیل شد، می تواند با مونومر آکریلات دیگری واکنش دهد. رادیکال روی مونومر اول اضافه شده به پیوند دوگانه مونومر دوم حمله می کند و این روند در یک واکنش زنجیره ای ادامه می یابد. هر افزودن یک مونومر به زنجیره در حال رشد را مرحله انتشار می نامند.

[R - O - CH_{2}-CH^{\cdot}-COOR'+CH_{2}=CH - COOR' \right arrow R - O - CH_{2}-CH(COOR')-CH_{2}-CH^{\cdot}-COOR']

این روند رشد زنجیره ای می تواند به سرعت ادامه یابد و منجر به تشکیل زنجیره های پلیمری بلند شود.

فسخ

واکنش پلیمریزاسیون زمانی متوقف می شود که رادیکال ها به گونه ای واکنش نشان دهند که واکنش پذیری آنها از بین برود. دو مکانیسم اصلی پایان وجود دارد: ترکیب و عدم تناسب. در ترکیب، دو رادیکال پلیمری در حال رشد با یکدیگر ترکیب می شوند و یک زنجیره پلیمری منفرد و طولانی را تشکیل می دهند. به طور نامتناسب، یک رادیکال یک اتم هیدروژن را به رادیکال دیگر منتقل می کند و در نتیجه یک زنجیره پلیمری اشباع و یک زنجیره پلیمری غیراشباع ایجاد می شود.

ترکیبی:
[R_{1}-CH_{2}-CH^{\cdot}-COOR'+R_{2}-CH_{2}-CH^{\cdot}-COOR' \rightarrow R_{1}-CH_{2}-CH(COOR')-CH(COOR')-CH_{2}-R_{2}]

عدم تناسب:
[R_{1}-CH_{2}-CH^{\cdot}-COOR'+R_{2}-CH_{2}-CH^{\cdot}-COOR' \راست فلش R_{1}-CH_{2}-CH_{2}-COOR'+R_{2}-CH=CH - COOR']

پلیمریزاسیون رادیکال آزاد آکریلات ها برای تولید طیف گسترده ای از محصولات مانند رنگ های اکریلیک، چسب ها و پوشش ها استفاده می شود. این محصولات به دلیل مقاومت خوب در برابر آب و هوا، شفافیت و خاصیت چسبندگی معروف هستند. به عنوان مثال،بوتیل آکریلات 141 - 32 - 2اغلب از طریق پلیمریزاسیون رادیکال آزاد برای ایجاد چسب های حساس به فشار که در نوارها و برچسب ها استفاده می شود، پلیمریزه می شود.

2. پلیمریزاسیون آنیونی

پلیمریزاسیون آنیونی آکریلات ها در مقایسه با پلیمریزاسیون رادیکال های آزاد فرآیند کنترل شده تری است. به یک هسته دوست قوی به عنوان آغازگر، مانند یک ترکیب آلکیل لیتیوم، نیاز دارد.

شروع

آغازگر به کربن کربونیل مونومر آکریلات حمله می کند و بار منفی روی کربن مجاور گروه کربونیل ایجاد می کند. این گونه با بار منفی سپس به عنوان یک مرکز واکنشی برای افزودن مونومر بیشتر عمل می کند.

[R - Li+CH_{2}=CH - COOR' \راست فلش R - CH_{2}-CH^{\ominus}-COOR'+Li^{\oplus}]

تکثیر

گونه با بار منفی به پیوند دوگانه مونومر آکریلات دیگری حمله می کند و زنجیره به صورت گام به گام رشد می کند. واکنش بسیار کنترل شده است و پلیمرهای حاصل اغلب دارای توزیع وزن مولکولی باریکی هستند.

[R - CH_{2}-CH^{\ominus}-COOR'+CH_{2}=CH - COOR' \right arrow R - CH_{2}-CH(COOR')-CH_{2}-CH^{\ominus}-COOR']

فسخ

پلیمریزاسیون آنیونی را می توان با افزودن یک منبع پروتون مانند الکل خاتمه داد. این کار بار منفی روی زنجیره در حال رشد را از بین می برد و پلیمریزاسیون را متوقف می کند.

[R - CH_{2}-CH^{\ominus}-COOR'+ROH \rightarrow R - CH_{2}-CH(COOR')-OH+RO^{\ominus}]

پلیمریزاسیون آنیونی برای تولید پلیمرهایی با معماری خاص مانند کوپلیمرهای بلوکی مفید است. به عنوان مثال، توانایی کنترل دقیق فرآیند پلیمریزاسیون، آن را برای ایجاد مواد با خواص مکانیکی و شیمیایی مناسب مناسب می کند.

3. پلیمریزاسیون کاتیونی

پلیمریزاسیون کاتیونی آکریلات ها نسبت به پلیمریزاسیون رادیکال آزاد و آنیونی کمتر رایج است زیرا آکریلات ها نسبت به آغازگرهای کاتیونی واکنش چندانی ندارند. با این حال، تحت شرایط خاص، ممکن است رخ دهد.

شروع

آغازگرهای کاتیونی، مانند اسیدهای لوئیس (به عنوان مثال، تری فلوراید اترات بور)، می توانند پلیمریزاسیون را آغاز کنند. اسید لوئیس با هماهنگ شدن با اکسیژن کربونیل، مونومر آکریلات را فعال می کند و پیوند دوگانه را در برابر حمله گونه های کاتیونی مستعدتر می کند.

[BF_{3}\cdot OEt_{2}+CH_{2}=CH - COOR' \right arrow [CH_{2}=CH - COOR'\cdot BF_{3}\cdot OEt_{2}]^{\ominus}]

[ [CH_{2}=CH - COOR'\cdot BF_{3}\cdot OEt_{2}]^{\ominus}+H^{+}\right arrow CH_{2}=CH - COOR^{\cdot +}+BF_{3}\cdot OEt_{2}]

تکثیر

گونه کاتیونی به پیوند دوگانه مونومر آکریلات دیگری حمله می کند و زنجیره از طریق یک سری واکنش های افزایشی رشد می کند.

[CH_{2}=CH - COOR^{\cdot +}+CH_{2}=CH - COOR' \راست فلش CH_{2}-CH(COOR')-CH_{2}-CH^{\cdot +}-COOR']

فسخ

خاتمه می تواند با واکنش انتهای زنجیره کاتیونی با یک هسته دوست یا با واکنش های انتقال رخ دهد. به عنوان مثال، واکنش با مقدار کمی آب در سیستم می تواند زنجیره را خاتمه دهد.

[CH_{2}-CH(COOR')-CH_{2}-CH^{\cdot +}-COOR'+H_{2}O\ فلش سمت راست CH_{2}-CH(COOR')-CH_{2}-CH(OH)-COOR'+H^{+}]

اگرچه پلیمریزاسیون کاتیونی آکریلات ها چالش برانگیزتر است، اما می توان از آن برای تولید پلیمرهایی با خواص منحصر به فرد برای کاربردهای خاص استفاده کرد.

4. کوپلیمریزاسیون آکریلات ها

آکریلات ها همچنین می توانند با مونومرهای دیگر کوپلیمر شوند تا کوپلیمرهایی با خواص افزایش یافته تشکیل دهند. دو نوع اصلی کوپلیمریزاسیون وجود دارد: کوپلیمریزاسیون تصادفی و کوپلیمریزاسیون بلوکی.

کوپلیمریزاسیون تصادفی

در کوپلیمریزاسیون تصادفی، دو یا چند مونومر مختلف به طور همزمان با هم پلیمریزه می شوند. مونومرها به طور تصادفی در طول زنجیره پلیمری اضافه می شوند. به عنوان مثال،اتیل آکریلات 140 - 88 - 5می تواند با مونومر آکریلات دیگری یا نوع دیگری از مونومر مانند استایرن کوپلیمر شود. کوپلیمر تصادفی حاصل ترکیبی از خواص هر دو مونومر است.

کوپلیمریزاسیون بلوکی

کوپلیمرهای بلوکی با پلیمریزه کردن یک مونومر برای تشکیل یک بلوک و سپس افزودن مونومر دیگر برای تشکیل بلوک دوم تشکیل می شوند. این را می توان از طریق تکنیک های پلیمریزاسیون پیچیده تر، مانند پلیمریزاسیون آنیونی به دست آورد. کوپلیمرهای بلوکی اغلب خواص خودآرایی منحصر به فردی را از خود نشان می دهند و می توانند در کاربردهایی مانند الاستومرهای ترموپلاستیک استفاده شوند.

کاربردهای واقعی آکریلات های پلیمریزه در جهان

پلیمرهای تولید شده از پلیمریزاسیون آکریلات، کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف دارند.

• پوشش ها و رنگ ها: پلیمرهای اکریلیک به دلیل قابلیت آب و هوا، براقیت و چسبندگی عالی در پوشش ها و رنگ ها کاربرد فراوانی دارند. آنها را می توان بر روی انواع زیرلایه ها از جمله فلز، چوب و پلاستیک استفاده کرد.
• چسب ها:BA 141 - 32 - 2و سایر پلیمرهای مبتنی بر آکریلات در چسب‌های حساس به فشار، چسب‌های ساختاری و چسب‌های مذاب داغ استفاده می‌شوند. این چسب ها اتصال قوی ایجاد می کنند و برای طیف وسیعی از مواد مناسب هستند.
• منسوجات: از پلیمرهای اکریلیک می توان برای بهبود چروک - مقاومت، چروک - مقاومت و چروک - بازیابی منسوجات استفاده کرد. آنها همچنین به عنوان کلاسور در چاپ پارچه استفاده می شود.
• کاربردهای پزشکی: برخی از پلیمرهای آکریلات زیست سازگار هستند و می توانند در کاربردهای پزشکی مانند سیستم های دارورسانی، داربست های مهندسی بافت و لنزهای تماسی استفاده شوند.

نتیجه گیری

به عنوان یک تامین کننده آکریلات، من اهمیت این واکنش های پلیمریزاسیون را در ایجاد محصولات با کیفیت بالا بر پایه آکریلات درک می کنم. خواه پلیمریزاسیون همه کاره رادیکال آزاد، پلیمریزاسیون آنیونی کنترل شده، پلیمریزاسیون کاتیونی کمتر رایج یا تولید کوپلیمرها باشد، هر روش مزایا و کاربردهای منحصر به فردی را ارائه می دهد.

اگر علاقه مند به خرید آکریلات برای نیازهای خاص پلیمریزاسیون خود هستید، از شما دعوت می کنم برای تهیه و مذاکره با ما تماس بگیرید. ما می توانیم محصولات آکریلات با کیفیت بالا و پشتیبانی فنی را برای اطمینان از موفقیت فرآیندهای پلیمریزاسیون شما ارائه دهیم.

مراجع

• اودیان، جی. اصول پلیمریزاسیون. Wiley - Interscience، 2004.
• Lutz, J. - F., Schubert, US Handbook of Stimuli - Materials Responsive. Wiley - VCH، 2013.
• الیاس، HG مقدمه ای بر علم پلیمر. VCH، 1997.