Polimerlarning kimyoviy o'zgarishlari. Molekulyar massasining oshishi va kamayishi bilan boradigan reaksiyalar reja

Polimerlanish darajasining ortishi bilan boradigan reaksiyalar
Makromolekulalararo reaksiyalar. Makromolekulalararo reaksiyalar ikki yoki undan ortiq makromolekulalarni kimyoviy bog’lar ishtirokida choklanishi natijasida sodir bo’ladi. Bu reaksiyalar - qo’shimcha birikma kiritmasdan yoki kiritish yo’li bilan olib boriladi.
Makromolekulalararo reaksiyalarga kauchuklarni vulqonlash yaqqol misol bo’ladi. Bunda chiziqsimon makromolekula choklangan shaklga aylanadi. Vulqonlash oltingugurt ishtirokida, oltingugurtsiz va turli nurlar tasirida borishi mumkin.
Oltingugurt bilan vulqonlash ikkilamchi bog` tutgan kauchuk va oltingugurt aralashmasini 130-160⁰C da qizitish bilan olib boriladi.
|
S
|
- CH₂ – CH = CH – CH₂ - - CH₂ – CH – CH – CH₂ -
|
+ nS → S
|
- CH₂ – CH = CH – CH₂ - - CH₂ – CH – CH – CH₂ –
|
S
Bundan tashqari oltingugurt ikkilamchi bog`ga nisbatan a-holatda turgan harakatchan vodorod atomi bilan ham reaksiyaga kirishishi mumkin.
- CH₂ – CH = CH – CH₂ – - CH₂ – CH = CH – CH –
_S |
---→ S
^-H2S |
- CH₂ – CH = CH – CH₂ - - CH₂ – CH = CH – CH –

Oltingugurtsiz vulqonlashga ikkilamchi bog` tutmagan kauchuklar ham uchraydi.Misol tariqasida metall oksidi ishtirokida xlorlangan polietilenning vulqonlanishini ko`rsatish yetarlidir.

- CH₂ – CH – CH₂ – CH₂ – - CH₂ – CH – CH₂ – CH₂ –
| _ZnO |
Cl ---→ O
- CH₂ – CH – CH₂ – CH₂ – ^-ZnCl2 |
| - CH₂ – CH – CH₂ – CH₂ –
Cl

Ikki makromolekula bufunsional birikma bilan o`zaro birikib, makromolekulalararo kimyoviy bog`lar hosil qilganda zanjirlar o`zaro choklanib, chiziqsimon polimer fazoviy strukturali polimerga aylanadi.

Masalan, poliakril kislatasiga ikki atomli spirtlar ta’sir ettirib, molekulalari bir-biri bilan murakkab efir bog`lari orqali birikkan tarmoqlangan polimer olish mumkin.
Polimer chiziqsimon holatdan tarmoqlangan holatga o`tganda, eruvchanligi va suyuqlanish harorati yo`qoladi, polimerning hamma fizik-kimyoviy va mexanikaviy xossalari o`zgaradi.Tarmoqlangan polimerning xossalari uning kimyoviy tuzilishiga va molekulalar aro bog`larning soniga bog`liq. To`rlar sonining ortishi polimerning kattaligi, issiqqa chidamliligi, yumshash haroratini oshiradi, eruvchanligini esa kamaytiradi. Bu xossalar polimer materiallarini turli shakllarga solishni murakkablashtirsa ham, tayyor buyumlar olish uchun qimmatlidir.
To`g`ridan to`g`ri sintez yo`li bilan to`rsimon polimer olishga erishish qiyin,shuning uchun avval chiziqsimon polimer olib, keyin undan tarmoqlangan polimer olinadi.Chiziqsimonpolimerni to`rsimon polimerga oz ozidan o`tishifunksional guruhlarning turli aralashmalar yoki havoda kislarod ishtirokida bir-biri bilan birikishi natilasida yuz beradi.
Molekulyar massasi 50000 bo`lgan poliakril kislotasini choklash uchun nazariy hisoblanganda 0,1% etilen glikol (PAK ning molekulyar massasiga hisoblaganda) kerak bo`ladi.Bunda polimerning kinetik barqarorligini to`layo`qotish uchun polimer molekulasining birgina funksional guruhini reaksiyaga kiritish yetarlidir.
Polimer funksional guruhlarining molekulalar aro birikishi tufayli ham to`rsimon polimer hosil bo`ladi.
Ko`pin cha reaksiya bir vaqtning o`zida ikki yo`nalishda boradi.Jumladan, N-mmitakrilamid polimerlanishda o`zida metakrilamid zvenosi tutgan chiziqsimon polimer bilan birga tarkibida siklik imid bog`i hosil bo`ladi:
CH₃ CH₃ CH₃ CH₃
| | | |
- CH₂ – C – CH₂ – C – CH₂ – C – CH₂ – C –
| | | |
C=O O=C C=O C=O
| \ / |
NH₂ NH NH₂

Polimerlanishning so`nggi bosqichida moleko`lalararo imid bog`lari tutgan tarmoqlangan, erimaydigan polimerhosil bo`lishimumkin:

CH₃ CH₃ CH₃ CH₃

| | | |
- CH₂ – C – CH₂ – C – CH₂ – C – CH₂ – C –
| | | |
C=O O=C O=C C=O
| \ \ /
NH NH NH
/ /
C=O C=O CH₃
| | |
- CH₂ – C – CH₂ – C – CH₂ – C – CH₂ –
| | |
CH₃ CH₃ C=O
|
NH
|
Payvandli va blok polimerlanish polimerlarni kimyoviy modifikasiyalash va xossalarini takomillashtirish maqsaddida keng qo`llaniladi.Payvand polimer kimyoviy tarkibi lihatidan rasmiy sopolimerga o`xshamasa ham makromoleko`lasida ketma-ket qaytariladigan uzun bir xil zvenolar tutadi. Blok polimer esa yaxlit qaytariladigan chiziqsimon zanjirlardan iborat bo`ladi.
-AAAAABBBBAAAA-
Payvandli polimerning makromoleko`lalari tarmoqlangan tuzilishga ega bo`ladi. Asosiy zanjirni tashkil etuvchi A zvenolar yon tarmoqlarini tashkil etuvchi B monomer zvenolardan iborat bo`ladi:
-AAAAAAAAAAAAAAA-
⁞ ⁞ ⁞
B B B
⁞ ⁞ ⁞
Sxemada A va B lar turli xil polimer va manomer zvenolarni ifodalaydi.Payvand va blok polimer olishning bir qancha usullari mavjud, ularning ayrimlarini keltiramiz.Ularning ko`pchiligi makromolekulyar inisiator(boshlagich) lar bilan manomerlarni, makroradikallar yoki polimerlarni o`z o`zi bilan ta`sirlashishiga asoslangan;
Makromolekulyar inisiatorlar bilan manomerning ta`sirlashishi. Makromolekulyar boshlagich sifatida o`z zanjiri o`rtasida va oxirida faol guruh tutgan polimer komponenti ishlatiladi.Faol guruh bo`lib funksional guruhlar, o`sayotgan zanjirning uzoq yashovchi qismi( radikal, bosqichli, ion yoki koordinasion-ion polimerlanishda) va har xil guruhlar(peroksid, gidropiroksid)polimerlanishda boshlagich rolini o`ynaydi.
Sanoatda keng tarqalgan payvand polimerlanish usullari polimer orqali zanjirni uzatilish reaksiyasidan foydalanib, A<sub>n</sub> polimeri ishtirokida yon zanjirlardan B monomerni radikal polimerlanishga asoslangan.
Polimer orqali zanjir uzatilishi natijasida (A<sub>n</sub> makromolekulasidan vodorod yoki B`_m makroradikalning boshqa harakatchan atomi yoki boshlagich R` radikali) A<sub>n</sub> makromolekulasidan hosil bo’lgan faol markaz B monomerning polimerlanishida o’z navbatiga boshlagich rolini o’ynaydi va A zvenolaridan tuzilgan payvand shohobchalardan iborat bo’ladi.
Polimer materiallar, jismlar va moddalarning xossalari ularni tashkil qilgan makromolekulalarning eng asosiy xarakteristikasi ikkita: kimyoviy tuzilishi (tabiati va tarkibi) va kattaligi- molekulyar massasi. Ana shu o`lchamning xususiyatlari va imkoniyatlari jihatidan ham polimer moddasi oddiy moddalardan ancha farq qiladi. Polimerlarning tuzilishi shunchalik xilma-xilki ularni bu xarakteristikasini uni kimyoviy belgilariga qarab sinflarga bo`lmasdan tushunib olish qiyin. Makromolekulasining asosiy zanjirini tashkil qilgan elementlarga qarab 2 guruhga bo`linadi: a) faqat uglerod atomidan tashkil topgan bo`lsa- karbozanjirli polimerlar deyiladi — С —С — С — С — С —. b) asosiy zanjirni tashkil qilgan atomlar 2 va undan ortiq elementdan iborat bo`lsa polimerni geterozanjirli polimerlar deb yuritiladi. Oqsil va sintetik poliamidlar makromolekulalarining asosiy zanjiri 3 xil element S, H, N atomlaridan, mochevina-formaldegid smolasi va poliamidlarniki 3 xil S, O va N atomlaridan atomlaridan tashkil topgan. Polimerlar makromolekulasidagi bo`g`inlar bir xil bo`lsa- gomopolimerlar, har xil bo`lsa- sopolimerlar deyiladi. Makromolekulalarning kimyoviy tuzilishi- konfigurasiyasiga oid yana bir omil- bo`g`inlarning o`zaro tuzilishi, ya'ni makromolekula stereoizomeriyasidir. Ma'lumki, uglerod atomidagi o`rinbosarlar 2 xil bo`lsa (R va H, yoki R1 va R2) uglerod atomi asimmetrik atom bo`lib, u L- yoki D- shaklda (o`ng va chapga buruvchi) bo`la oladi. Agar makromolekulaning asimmetrik atomlari faqat L- yoki faqat D- shaklda bo`lsa (asosiy zanjir yotgan tekislikka nisbatan) o`rinbosarlar asosiy zanjirning bir tomonida bo`ladi: www.ziyouz.com kutubxonasi 8 ... CH2 C CH2 C CH2 C CH2 C CH2 ... R R R H H H H R Bunday makromolekula izotaktik deb ataladi. Agar zanjirda L- va D- shakllar almashinib kelsa (L-, D-, L-, D- ) bunday makromolekula sindiotaktik deyiladi: ... CH2 C CH2 C CH2 C CH2 C CH2 ... H R H H R H R R Izo- va sindiotaktik makromolekulalar stereoregulyar (fazoviy tartibli) deb yuritiladi. Ulardan tashkil topgan polimerlar stereoregulyar polimerlar deb ataladi. Makromolekulaning o`rinbosarlari fazoda tartibsiz (L- va D- shakllar aralash-quralash, statistik betartiblikda) joylashgan bo`lsa uni ataktik makromolekula deyiladi. Stereoregulyar makromolekulalar o`zaro tartibli joylashishi mumkin, ataktik makromolekulalarda bunday imkoniyat yo`q (silliq va silliq bo`lmagan taxtaning taxlanishiga o`xshash). Shu sababli stereoregulyar polimerlarning materiallari yuqori mexanik xossalarga ega bo`ladi. Chunki stereoregulyar makromolekulali polimer ko`pincha kristallik strukturaga, ataktik polimerlar esa amorf strukturaga ega bo`ladi. Izotaktik polipropilenning sindiotaktikadan zichligi va erish temperaturasi (20 °С dan) yuqori. Polimerlarda sis-trans izomeriya dienlarning (masalan, polibutadien) polimerlarida uchraydi. Bu ham fazoviy (geometrik) izomeriyaning xususiy bir turidir: CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2 Sis- izomer Trans- izomer www.ziyouz.com kutubxonasi 9 Bu izomeriya ham polimerlarning xossasiga sezilarli ta'sir qiladi. Masalan, 1,4-poliizoprenning sis- izomeri oddiy haroratda elastik holida (tabiiy kauchuk, Geveya daraxtidan olingani) va kauchuk sifatida ishlatiladi. Ammo uy haroratida trans- izomer guttapercha nomli qattiq plastikdir, chunki, u ancha yuqoriroq haroratda (+65°С) yumshaydi va undan yuqoriroq haroratdagina kauchuksimon xossani namoyon qiladi. Makromolekulyar zanjirning tuzilishiga qarab ham yana bir necha xil bo`ladiki, ularning xossalarining har xilligi makromolekula konfigurasiyasining shaklida ko`rinib turadi: 1-Jadval. Makromolekula zanjirining tuzilishi Makromolekula zanjiri konfigurasiyasi turlari Zanjirning tuzilishi Chiziqli Narvonsimon Spiralsimon Tarmoqlangan (statistik) Archasimon Yulduzsimon Asosiy zanjirning tarangligi har-xil bo`lishi mumkin. U asosan bo`g`inlarning kimyoviy tuzilishi va tabiatiga ko`p bog`liq. Polimerlarning molekulyar massasi ularning asosiy ko`rsatkichlaridan biri bo`lib, 5-10 mingdan bir necha milliongacha intervalda bo`ladi. Quyi molekulali moddalarda, bilamizki, molekulyar massa bir xil bo`ladi

Undan farqli o`laroq, polimerni tashkil qilgan makromolekulalarining molekulyar massasi har xil, polidispers bo`ladi. Moddaning keng qabul qilingan ma'nosida birorta eng toza polimerni "toza modda" deb bo`lmaydi, chunki u har xil molekulyar massa qiymatiga ega bo`lgan makromolekulalardan tashkil topgan. Polimerlar sintezining umumiy uslublari Quyimolekulali birikmalardan yuqorimolekulali birikmalar- polimerlarning sintezi 2 ta usul bilan amalga oshiriladi: polikondensatlanish va polimerlanish. Insoniyat o`tgan asrda yangi polimerlarni tabiat yaratgan tabiiy polimerlardan funksional guruhlarini kimyoviy o`zgartirib sintez qilgan. Bu uchinchi, polimeranalogik o`zgarishlar usuli deb ataladi. Bu usulda ma'lum (ko`pincha, tabiiy) polimerlardan ularning funksional guruhlarini kimyoviy o`zgarishlari- reaksiyalari bilan amalga oshiriladi. O`tgan asrning 2- yarmida insoniyat hali polimerni bilmagan holda paxtadan uni nitrat kislota bilan ishlab selluloid nomli plastmassa olgan. Bunda sellyulozaning gidroksil (OH) guruhlari bilan kislota o`rtasida reaksiya boradi: (sellyuloza) - OH + HO-NO2 (sellyuloza) –ONO2 + H2O (selluloid) Keyinchalik XX asr boshida sellyulozadan bir necha yangi polimerlar: sellyuloza uch asetati, sellyuloza ikki asetati va boshqa polimerlar (karboksimetilsellyuloza, metilsellyuloza) sintez qilindi. Bu usulda sintetik polimer- polivinilasetatdan polivinil spirti olinadi: CH2 CH OCOCH3 n гидролиз CH3COOH n CH2 CH OH www.ziyouz.com kutubxonasi 11 Monomerlarning funksional guruhlarini o`zaro reaksiyasi vositasida yuqori molekulyar birikma sintez qilishni polikondensatlanish deb ataladi. Polikondensatlanish ko`pincha qo`shimcha kichik molekulyar birikmalarning (НОН, НСl, NН3, Н2, spirt) ajralishi bilan boradi. Sanoat ahamiyatiga ega bo`lgan ko`p tonnali polimerlarni ishlab chiqarishda ishlatiladiganiga misollar keltiramiz. Poliefirlarni ikki asosli kislotalarni ikki asosli spirtlar bilan polikondensasiya reaksiyasi orsali olinadi. Poliamidlarni aminokislotaning o`zaro reaksiyasidan olinadi: nH2N (CH2)COOH 5 + 5 nH2N (CH2)COOH 5 5 H2N (CH2) C O N H (CH2) COOH n + _(2n -1)H2O aminokapron polikaprolaktam kislotasi (poliamid- 6) Poliuretanlarni diizosianatlarni diollar bilan reaksiyasi orqali olinadi, bunda kichik molekulyar modda ajralib chimaydi. Polikarbamidlarni mochevina bilan aldegidlarning

konsentrasiyasi, t- vaqt. Yuqori molekulali birikma olish uchun «t» va Км katta bo`lishi kerak. Polikondensatlanish kinetikasi, bu reaksiya tezligi monomerlarning funksional guruhlarini kamayishi bilan o`lchanadi. DmFdt, reaksiya chuqurligi esa ][ ][][ 0 M MM , Мо- boshlang`ich, M- ayni vaqtdagi konsentrasiya. Qaytar polikondensatlanishda (reagentlarining ekvimolyar nisbatida) ,][ 1 0 tMK X X a 0 2 MK ][ dt dM p integral differensial


XULOSA
Polimer eritmalariga chin eritmalarga xos bo`lgan barcha termodinamik qonunlarni ishlatish mumkin, chunki o`z-o`zicha hosil bo`ladigan polimer eritmalari termodinamik barqarord hisoblanadi. Odatda polimer eritmalarining konsentrasiyasi massaviy, hajmiy va molyar ulushlarda beriladi. Binar eritma uchun komponentning molyar ulushi quyidagi tenglama yordamida topiladi: 1122 22 12 2 2 // / MgMg Mg nn n N (4.4) bu yerda n1- erituvchining mollar soni; n2- polimerning eritmadagi mollar soni g1 www.ziyouz.com kutubxonasi 81 va g2- erituvchi va polimerning massalari, г; M1 va М2- erituvchi va polimerning molyar massasi, g/mol. Polimerning molekulyar massasi М2 juda katta bo`lganligi uchun (4.4) tenglamadagi kasrning surati juda kichik bo`ladi. Demak juda katta miqdorda polimer eritilganda ham uning molyar ulushi juda kichik bo`ladi, erituvchining molyar ulushi esa 1 ga yaqin buladi. Shuning uchun polimer eritmalarida komponentlar konsentrasiyasi massaviy va hajmiy ulushlarda beriladi. Komponentning hajmiy ulushi uning parsial molyar hajmini eritmaning umumiy hajmiga nisbati bilan belgilanadi: , 21 1 1 VV V 21 2 2 VV V (4.5) Kompanentlarning massa ulushi uning massasining barcha kompanentlar massalari yig`indisining nisbatiga teng: , 21 1 1 gg g 21 2 2 gg g (4.6) Ko`rinib turibdiki, 1 + 2 = 1 ва 1 + 2 = 1 (4.7) Amalda (4.4) tenglama yordamida molyar ulushni hisoblashda polimerning molekulyar massasi o`rniga zvenoning molyar massasi (Мэв) qo`llaniladi: 2211 11 1 // / MgMg Mg N (4.8) Eritmadagi polimer konsentrasiyasini 100 ml erituvchida erigan polimerning gramm (g) miqdori bilan ifodalash mumkin (g/100 ml). Polimerlarning o`z-o`zicha erishi, xuddi boshqa moddalarning erishiga o`xshab, izobar termodinamik potensialining kamayishi bilan boradi. Sistemaning muvozanat holati odatda fizik-kimyoviy qiymatlar orasidagi umumiy nisbatni ko`rsatuvchi termodinamik holat funksiyalari bilan ifodalanadi. O`zgarmas bosim va haroratda sistemaning holatini ifodalash uchun entalpiya va eptropiyalar bilan bog`liq bo`lgan izobar-izotermik potensial G (odatda erkin energiya deb ham ataladi) dan foydalaniladi: