स्टेप-ग्रोथ पॉलीमराइज़ेशन
स्टेप-ग्रोथ पॉलीमराइज़ेशन बहुक्रियाशील मोनोमर्स को पूरक कार्यात्मक समूहों की क्रमिक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से जोड़ता है, जिससे मोलर द्रव्यमान केवल धीरे-धीरे बढ़ता है और रूपांतरण पूर्णता के करीब पहुंचने पर ही उच्च मान तक पहुंचता है।
Definition
स्टेप-ग्रोथ पॉलीमराइज़ेशन एक पॉलीमराइज़ेशन है जिसमें प्रतिक्रियाशील कार्यात्मक समूह—मोनोमर्स, ओलिगोमर्स, या पॉलीमर्स—वाले कोई भी दो अणु संयोजित हो सकते हैं, जिससे श्रृंखला असतत चरणों में बढ़ती है और उच्च मोलर द्रव्यमान के लिए कार्यात्मक समूहों की लगभग पूर्ण प्रतिक्रिया की आवश्यकता होती है।
Scope
यह विषय द्वि-कार्यात्मक और उच्च-कार्यात्मकता वाले मोनोमर्स की पॉलिकंडेंसेशन और पॉलीएडिशन प्रतिक्रियाओं, रूपांतरण और पॉलीमराइज़ेशन की डिग्री के बीच कैरोथर्स संबंध, सबसे संभावित (फ्लोरी) मोलर-द्रव्यमान वितरण, मोलर-द्रव्यमान नियंत्रण के रूप में स्टोइकियोमेट्रिक असंतुलन और मोनोफंक्शनल एंड-कैपिंग, और दो से अधिक कार्यात्मकता वाले सिस्टम में नेटवर्क निर्माण और जेलेशन को शामिल करता है।
Core questions
- पॉलीमराइज़ेशन की डिग्री कार्यात्मक समूहों के आंशिक रूपांतरण पर कैसे निर्भर करती है?
- उच्च मोलर द्रव्यमान तक पहुंचने के लिए सटीक स्टोइकियोमेट्रिक संतुलन क्यों महत्वपूर्ण है?
- यादृच्छिक स्टेप-ग्रोथ से कौन सा मोलर-द्रव्यमान वितरण प्राप्त होता है, और क्यों?
- प्रतिक्रिया की किस सीमा पर एक बहुक्रियाशील प्रणाली एक अनंत नेटवर्क में जेल बनाती है?
Key theories
- कैरोथर्स समीकरण
- संख्या-औसत पॉलीमराइज़ेशन की डिग्री अप्रतिक्रियाशील कार्यात्मक समूहों के अंश के बराबर होती है, इसलिए सौ की पॉलीमराइज़ेशन डिग्री तक पहुंचने के लिए 99 प्रतिशत रूपांतरण की आवश्यकता होती है; एक विस्तारित रूप शाखित प्रणालियों में जेलेशन के लिए महत्वपूर्ण रूपांतरण की भविष्यवाणी करता है।
- फ्लोरी का सबसे संभावित वितरण
- यादृच्छिक, समान-प्रतिक्रियाशीलता स्टेप-ग्रोथ श्रृंखला की लंबाई का एक ज्यामितीय (सबसे संभावित) वितरण देता है, जो विशिष्ट रसायन विज्ञान से स्वतंत्र उच्च-रूपांतरण सीमा में फैलाव को लगभग दो पर स्थिर करता है।
Mechanisms
प्रत्येक प्रतिक्रियाशील घटना एक एकल बंधन-निर्माण प्रतिक्रिया—एस्टरीकरण, एमाइडेशन, यूरेथेन निर्माण, या समान युग्मन—के माध्यम से दो प्रजातियों को जोड़ती है, अक्सर पॉलिकंडेंसेशन में पानी जैसे एक छोटे अणु को मुक्त करती है। क्योंकि प्रत्येक कार्यात्मक समूह श्रृंखला की लंबाई की परवाह किए बिना समान रूप से प्रतिक्रियाशील होता है (फ्लोरी का समान-प्रतिक्रियाशीलता सिद्धांत), जनसंख्या मोनोमर्स से डिमर्स तक, फिर लंबे ओलिगोमर्स तक और अंत में पॉलीमर तक विकसित होती है, जिसमें उच्च मोलर द्रव्यमान केवल बहुत उच्च रूपांतरण पर ही दिखाई देता है। छोटे-अणु उपोत्पाद को हटाने से संतुलन पॉलीमर की ओर बढ़ता है।
Clinical relevance
स्टेप-ग्रोथ पॉलीमराइज़ेशन कई उच्च-प्रदर्शन और कमोडिटी सामग्री का उत्पादन करता है: पॉलीएस्टर जैसे पॉली(एथिलीन टेरेफ्थालेट), पॉलीमाइड्स (नायलॉन), पॉलीकार्बोनेट्स, पॉलीयुरेथेन, और एपॉक्सी और फेनोलिक थर्मोसेट्स। सख्त स्टोइकियोमेट्री और उच्च-रूपांतरण आवश्यकताएं सीधे फाइबर, इंजीनियरिंग प्लास्टिक और क्रॉसलिंक्ड नेटवर्क के लिए प्रक्रिया डिजाइन को आकार देती हैं।
History
वॉलेस कैरोथर्स ने 1930 के दशक की शुरुआत में ड्यूपॉन्ट में स्टेप-ग्रोथ पॉलीमराइज़ेशन को व्यवस्थित रूप से विकसित किया, जिसमें एलिफैटिक पॉलीएस्टर और फिर नायलॉन-6,6 का संश्लेषण किया, और रूपांतरण-बनाम-श्रृंखला-लंबाई संबंध को सूत्रबद्ध किया जो उनके नाम पर है। पॉल फ्लोरी ने बाद में मोलर-द्रव्यमान वितरण और जेलेशन के सांख्यिकीय सिद्धांत को व्युत्पन्न किया, जिससे इस क्षेत्र की मात्रात्मक नींव स्थापित हुई।
Key figures
- Wallace Carothers
- Paul Flory
Related topics
Seminal works
- flory1953
- odian2004
Frequently asked questions
- उपयोगी पॉलीमर बनाने के लिए स्टेप-ग्रोथ पॉलीमराइज़ेशन को इतने उच्च रूपांतरण की आवश्यकता क्यों होती है?
- क्योंकि श्रृंखलाएं मौजूदा खंडों के संयोजन से बढ़ती हैं, औसत श्रृंखला की लंबाई इस बात से निर्धारित होती है कि कितने कम कार्यात्मक समूह अप्रतिक्रियाशील रहते हैं। कैरोथर्स समीकरण के अनुसार, सौ की पॉलीमराइज़ेशन डिग्री तक पहुंचने के लिए लगभग 99 प्रतिशत समूहों की प्रतिक्रिया होनी चाहिए।
- स्टोइकियोमेट्रिक संतुलन इतना महत्वपूर्ण क्यों है?
- एक मोनोमर की अधिकता से श्रृंखलाएं उस समूह से ढकी रह जाती हैं, जिससे आगे की वृद्धि रुक जाती है। यहां तक कि एक छोटा सा असंतुलन भी अधिकतम प्राप्त करने योग्य मोलर द्रव्यमान को सीमित करता है, इसलिए मोनोमर की शुद्धता और सटीक अनुपात आवश्यक हैं।