Polimer Sentez Yöntemleri
Polimer sentez yöntemleri, seçilen bir polimerizasyon mekanizmasının ısı, viskozite ve ürün formu üzerinde kontrol sağlanarak pratik ölçekte gerçekleştirildiği yığın, çözelti, süspansiyon ve emülsiyon gibi işlem formatları ile kopolimerizasyon ve çapraz bağlama gibi kompozisyonel stratejilerdir.
Tanım
Polimer sentez yöntemleri, monomerleri istenen molar kütleye, mimariye ve fiziksel forma sahip polimerlere dönüştürmek için kullanılan, esas olarak reaksiyon ortamının fiziksel fazına ve monomer kompozisyonuna göre sınıflandırılan deneysel ve endüstriyel tekniklerdir.
Kapsam
Bu alan, polimerizasyonların fiziksel olarak nasıl yürütüldüğünü ve kompozisyonel olarak nasıl tasarlandığını kapsamaktadır: homojen yığın ve çözelti işlemleri, heterojen süspansiyon ve emülsiyon sistemleri, kopolimer kompozisyonunun istatistikleri ve kontrolü ile çapraz bağlı ağların ve jellerin oluşumu. Isı ve viskozite yönetimi, partikül ve molar kütle kontrolü ile proses seçimi ve ürün morfolojisi arasındaki ilişkiler ele alınmaktadır.
Alt konular
Temel sorular
- Yığın, çözelti, süspansiyon veya emülsiyon prosesi seçimi ısı uzaklaştırma, viskozite ve ürün formunu nasıl etkilemektedir?
- Dönüşüm ilerledikçe bir kopolimerin kompozisyonunu ve dizilimini ne kontrol etmektedir?
- Çapraz bağlama sistemlerinde ağ yoğunluğu ve jel noktası nasıl kontrol edilmektedir?
- Proses seçimi, polimerizasyon mekanizmasından ve hedef uygulamadan nasıl türetilmektedir?
Temel kuramlar
- Kopolimer Kompozisyon Denklemi
- Reaktivite oranları, her bir radikalin kendi monomerini mi yoksa diğer monomeri mi eklemeye yönelik tercihini nicel olarak belirler ve ortaya çıkan denklem, anlık kopolimer kompozisyonunu, dönüşümle birlikte kompozisyon kaymasını ve bir sistemin alternatif, rastgele veya bloklu dizilimlere eğilimini tahmin etmektedir.
- Emülsiyon Polimerizasyon Kinetiği
- Yüzey aktif madde ile stabilize edilmiş monomerle şişmiş partiküllerde radikallerin bölümlere ayrılması, emülsiyon polimerizasyonunun yüksek hız ve yüksek molar kütleyi aynı anda elde etmesini sağlamaktadır; bu, homojen radikal sistemlerde imkansız olan bir kombinasyondur ve partikül çekirdeklenmesi ve büyümesinin Smith-Ewart yaklaşımı ile açıklanmaktadır.
Mekanizmalar
Yığın polimerizasyonunda seyreltilmemiş monomer reaksiyona girerek yüksek saflıkta ürün verir ancak ciddi ısı uzaklaştırma ve viskozite sorunları yaşanır. Çözelti polimerizasyonu, viskoziteyi azaltmak ve ısıyı dağıtmak için çözücü ekler, ancak çözücü uzaklaştırma ve olası zincir transferi maliyeti vardır. Süspansiyon polimerizasyonu, monomer damlacıklarını suda dağıtarak her birinin boncuklar oluşturan küçük bir yığın reaktör gibi davranmasını sağlar. Emülsiyon polimerizasyonu, monomeri yüzey aktif madde miselleri ve partikülleri içinde dağıtarak radikalleri izole eder, böylece hız ve molar kütle birlikte artar. Kopolimerizasyon ve çapraz bağlama, jel noktasına ulaşıldığında çok fonksiyonlu monomerlerin ağlar oluşturmasıyla kompozisyonel kontrolü üst üste bindirir.
Klinik önem
Proses seçimi, ürün formunu ve ekonomisini belirlemektedir: emülsiyon polimerizasyonu lateks boyalar, yapıştırıcılar ve sentetik kauçuk üretirken; süspansiyon polimerizasyonu genleşebilir polistiren boncuklar ve iyon değiştirici reçineler üretir; çözelti ve yığın işlemleri ise lifler, filmler ve dökme ürünler için kullanılır. Kopolimerizasyon özellikleri sürekli olarak ayarlar ve kontrollü çapraz bağlama, elastomerlerin, termosetlerin ve hidrojellerin davranışını belirler.
Tarihçe
Heterojen polimerizasyon süreçleri, İkinci Dünya Savaşı sırasında ve sonrasında sentetik kauçuk ve latekslerin seri üretimi için hızla geliştirilmiştir; emülsiyon polimerizasyonunun Smith-Ewart teorisi 1948'de formüle edilmiştir. Reaktivite oranları aracılığıyla kopolimerizasyonun kantitatif teorisi 1940'larda oluşturularak kimyagerlere kopolimer kompozisyonu üzerinde öngörücü kontrol sağlamıştır.
Öne çıkan isimler
- Wendell Smith
- Roswell Ewart
- Frank Mayo
- Cheves Walling
İlgili konular
Temel eserler
- odian2004
- young2011
Sıkça sorulan sorular
- Emülsiyon polimerizasyonu endüstride neden bu kadar yaygın olarak kullanılmaktadır?
- Büyüyen radikalleri ayrı partiküllerde izole ederek, hem hızın hem de molar kütlenin aynı anda yüksek olmasını sağlar, suyu güvenli ve ucuz bir ısı transfer ortamı olarak kullanır ve doğrudan kullanılabilir bir lateks üretir; bu da boyalar, yapıştırıcılar ve kaplamalar için idealdir.
- Yığın polimerizasyonunun temel dezavantajı nedir?
- Isıyı absorbe edecek veya viskoziteyi azaltacak bir çözücü olmadığından, güçlü ekzotermik reaksiyon sıcak noktalar, kontrol dışı reaksiyonlar ve ortam koyulaştıkça zorlu karıştırma sorunlarına neden olabilmektedir; bu nedenle çok saf ürün vermesine rağmen dikkatli termal kontrol gerektirmektedir.