عوامل موثر در قابلیت پلیمرشدن ماده

نخستین سوالی که هنگام تولید پلیمرهای جدید مطرح می‌شود، این است که یک ماده باید چه ویژگی‌هایی داشته باشد تا بتواند به عنوان مونومر، پلیمر شود؟ چهار ویژگی که مونومر باید داشته باشد، به این صورت است: باید حداقل دوعاملی باشد، باید به اندازه کافی فعال باشد، بایدکاملاً خالص باشد و باید از لحاظ ترمودینامیکی قابلیت پلیمر‌شدن را داشته باشد.

عاملیت مونومر

عاملیت مونومر برابر است با تعداد پیوندهای شیمیایی که آن مولکول، در شرایط حاکم بر واکنش، می‌تواند با سایر مولکول‌ها ایجاد کند. اتیل الکل و استیک اسید هر دو به دلیل اینکه فقط یک مرتبه می‌توانند با هم وارد واکنش شوند، تک‌عاملی هستند. اتیل استات را که محصول این واکنش استری‌شدن است، می‌توان به عنوان دیمر در نظر گرفت. بدیهی است، برای پلیمرشدن و حداقل تشکیل زنجیرهای خطی پلیمری، عاملیت 2 یا بیشتر برای مونومرها، نیاز است. از این‌رو، پلی‌استری شدن فقط از واکنش میان یک دی‌ال و یک دی‌اسید امکان‌پذیر است.

دی‌ال‌ها، دی‌کربوکسیلیک اسیدها و انیدریدهای حلقوی آن‌ها، هیدروکسی اسیدها و لاکتون‌های حلقوی آن‌ها، دی‌آمین‌ها، آمینواسیدها و لاکتام‌های حلقوی آن‌ها و دی‌ایزوسیانات‌ها نیز همگی مونومرهای دوعاملی هستند. ضمن اینکه ترکیبات حاوی پیوندهای دوگانه فعال یا حلقه‌های فعال نیز می‌توانند رفتاری مشابه مونومرهای دوعاملی داشته باشند.

از جمله مونومرهای سه‌عاملی می‌توان گلیسرول با سه گروه OH و فنول با دو موقعیت ارتو و یک موقعیت پارای فعال را نام برد. دی‌آن‌هایی نظیر ایزوپرن و بوتادی‌ان نیز مونومرهای چهارعاملی هستند که در عمل و برای تولید پلیمرهای خطی، فقط دو عاملیت آن‌ها مصرف می‌شود. پیوندهای دوگانه باقی‌مانده می‌توانند در واکنش‌های شبکه‌ای شدن شرکت کنند و یک شبکه پلیمری تشکیل دهند. به طور کلی، عاملیت یک مونومر به شرایط پلیمرشدن وابسته است. به عنوان مثال، در رزین‌های فنول-فرمالدهید، فنول به عنوان مونومر سه عاملی عمل می‌کند، در حالی‌که در واکنش پلی‌استری شدن به عنوان یک گروه انتهایی تک‌عاملی عمل می‌کند.

واکنش‌پذیری مونومرها

مونومرهایی با سرعت پلیمرشدن کم، مونومرهای مطلوبی نیستند، زیرا در چنین حالتی برای دستیابی به درجه‌های پلیمرشدن زیاد به زمان‌های طولانی غیرقابل قبول نیاز است که چنین واکنش‌هایی همواره با احتمال وقوع واکنش‌های جانبی بیشتر مواجه هستند. اغلب برای سرعت بخشیدن به فرایند رشد زنجیر از کاتالیزورها و گاهی برای تسریع واکنش‌ها از افزایش دما نیز استفاده می‌شود. اگر در اثر گرمادهی، سرعت واکنش‌های جانبی نظیر شکست گرمایی زنجیر، بیش از رشد زنجیر افزایش یابد، استفاده از این روش برای تسریع واکنش‌ها مناسب نیست. در چنین واکنش‌هایی انرژی فعالسازی مربوط به این واکنش‌ها جانبی است. استفاده از روش افزایش دما در چنین واکنش‌هایی با وجود تولید سریع‌تر محصول سبب کاهش درجه پلیمرشدن متوسط می‌شود.

از دلایل دیگر کاهش واکنش‌پذیری مونومرها و بنابراین افزایش زمان پلیمرشدن، ممانعت فضایی در اطراف گروه‌های عاملی است. برخی مواقع برای تولید پلیمرهای پایدار جدید، از استخلاف‌های حجیم برای محافظت نقاط ضعیف زنجیر استفاده می‌شود. اما از آن‌جا که وجود گروه‌های حجیم در مونومر مانع از پلیمرشدن آن می‌شود، استفاده از چنین روشی سبب افزایش بیش از حد زمان انجام این واکنش‌ها می‌شود.

خلوص مونومرها

وجود ناخالصی‌های تک‌عاملی می‌تواند سبب توقف نابه‌هنگام رشد زنجیر پلیمر شود. برای مثال، وجود مقداری اتیل‌الکل در واکنش پلی‌استری‌شدن میان اتیلن‌گلیکول و آدپیک‌اسید سبب توقف رشد زنجیر می‌شود. امروزه می‌توان چنین مشکلی را با استفاده از مونومرهای بسیار خالص در مقیاس صنعتی حل کرد. اما، مشکل دیگری که به‌ویژه برای تولید کوپلیمرهای متناوب از پلیمرشدن تراکمی با آن مواجه هستیم، احتمال نبود مقادیر کاملاً استوکیومتری از مونومرهای مورد نیاز در محیط واکنش است. وجود چنین مشکلی می‌تواند به همان اندازه عدم خلوص مونومرها مخرب باشد.

واحد تحقیق و توسعه شرکت فناوران رنگدانه سپاهان