Реакции полимеризации

Существует множество методов, используемых для проведения реакций полимеризации. Все методы преследуют одну и ту же цель – достижение определенных структурных и физических свойств полимера.

Методы реакций сложения включают:

• Объемная полимеризация – аккуратные жидкие мономеры вступают в реакцию с образованием полимеров, включая ПВХ или ПВД.
• Полимеризация в растворе – мономер и инициатор растворяются в соответствующем растворителе, и полимер образуется в растворе. Полимер может быть восстановлен путем испарения или оставлен в растворе для использования в покрытиях и клеях. Полимеры, такие как полиакриловая кислота, обычно получают путем полимеризации в растворе.
• Суспензионная полимеризация – нерастворимые мономеры диспергируются в водном растворе, и после начала реакции в растворе образуются небольшие полимерные сферы. Небольшие, однородные по размеру гранулы полистирола образуются путем суспензионной полимеризации.
• Эмульсионная полимеризация – нерастворимый мономер диспергируется в воде в виде эмульсии в присутствии поверхностно-активного вещества, при этом образуются отдельные высокомолекулярные, полимерные микрочастицы (латекс). Лакокрасочные материалы, а также клеи – это широко используемые изделия, образованные путем эмульсионной полимеризации.

Методы реакций конденсации включают:

• Полимеризация расплава – все реагенты смешиваются друг с другом в чистом виде, и температура реакции поднимается выше температуры расплава полученного полимера. Полиэфирные и полиамидные волокна образуются из конденсатов расплава.
• Конденсация в растворе – Все реагенты (мономер, катализатор) смешиваются в растворителе, который не вступает в реакцию. Синтетические эластомеры образуются в результате конденсации в растворе.
• Межфазная конденсация – происходит реакция полимеризации, в результате которой полученный полимер находится на границе раздела двух несмешивающихся фаз. Полианилины и полиимиды часто образуются в результате межфазной конденсации.

В результате хорошо регулируемых реакций полимеризации получаются молекулы, которые хорошо характеризуются по составу, молекулярной массе, распределению молекулярной массы, структурным и физическим свойствам. Глубокое понимание этих элементов гарантирует, что синтезированный полимер «соответствует назначению» в его предполагаемом использовании. Чтобы добиться этого, необходимо понимать и тщательно контролировать множество химических и реакционных параметров, связанных с процессом синтеза. Инфракрасная спектроскопия доказала свою высокую ценность для решения этой задачи. Спектроскопия in situ в реальном времени оказалась особенно ценной для получения информации о ключевой кинетической, механистической и химической структуре, устраняя при этом трудности, связанные с измерениями реакций полимеризации в автономном режиме. За последние три десятилетия исследование реакций полимеризации от лаборатории до масштабирования и производства было одним из наиболее продуктивных и ценных применений ИК-Фурье и рамановской спектроскопии in situ. 

ИК-Фурье и рамановская спектроскопия in situ в реальном времени расширяют знания и повышают производительность при исследовании реакций полимеризации, а также позволяют ученым:

• Анализ широкого спектра реакций полимеризации, включая гомогенные (например, свободные радикалы и конденсация) и гетерогенные (например, эмульсия и микроэмульсия)
• Точное измерение мономеров, предварительных полимеров и полимеров в широком диапазоне концентраций благодаря характерным спектральным полосам среднего ИК-диапазона
• Сбор данных о кинетике реакции, скоростях превращения мономеров, коэффициентах реакционной способности, энергиях активации, роли инициаторов, промежуточных продуктов и образовании побочных продуктов
• Отслеживание индивидуальных скоростей превращения мономеров и общего состава полимеров в сополимерных и многокомпонентных полимеризациях
• Исследование роста цепи, сшивания и отверждения
• Понимание механистической роли катализаторов в реакциях полимеризации; Определение активных соединений катализатора и кинетики
• Мониторинг и упреждающая корректировка условий реакции по мере необходимости для обеспечения соответствия запланированным спецификациям конечного продукта
• Измеряйте уровни остаточных мономеров и убедитесь, что они соответствуют требованиям к продукту и нормативным требованиям. Отрегулируйте коэффициенты заряда и другие переменные реакции, чтобы свести к минимуму присутствующие количества.

1. Батлер, Ф., Фиорентини, Ф., Эйзенхардт, К. Х. С., и Уильямс, К. К. (2025). Гетеродиядерные Co(III)NA(I) катализаторы для сополимеризации оксида пропена и углекислого газа с размыканием кольца. Макромолекулы. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.5c01529
2. Рагураман, А., Спинни, Х. А., Уилсон, Д. Р., Вилла, К., Арора, С., Маджумдер, А., Де Ла Хоз, Д. М. М., Парадкар, М., Гис, А.., Судзуки, М., Китон, А., Мукхопадхьяй, С., Берналес, В., Маси, Д., и Кеннеди, Р. Д. (2025). Катализируемая триарилбораном полимеризация оксида пропилена с раскрытием кольца: путь к превосходным полиуретанам. Исследования в области промышленной и инженерной химии. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.5c01981
3. Эллис, С., Бухард, А., и Юнкерс, Т. (2024). Деполимеризация полилактида в условиях непрерывного потока. Химическая наука. https://doi.org/10.1039/d4sc05891g
4. Форд, М. Дж., Порчинкула, Д. Х., Теллес, Р., Манчини, Д. А., Ванг, И., Ризви, М. Х., Лоеб, К. К., Моран, Б. Д., Трейси, Д. Б., Льюис, Д. А., Янг, С., Ли, Э., и Кук, К. С. (2024). Движение со светом: фотоотзывчивое изменение формы напечатанных жидкокристаллических эластомеров. Matter, 7(3), 1207–1229. https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.01.006
5. Хуанг, Ю., Сюэ, С., и Фу, К. (2020). Применение сферических полиэлектролитных щеток в системе микрочастиц во флокуляции и удержании. Полимеры, 12(4), 746. https://doi.org/10.3390/polym12040746
6. Санкаранараянан, С., Ликозар, Б., и Навиа, Р. (2019). Анализ размера частиц в реальном времени с использованием зонда для измерения отражения сфокусированного луча для изготовления in situ композитных материалов из полиакриламида-наполнителя. Scientific Reports, 9(1). https://doi.org/10.1038/s41598-019-46451-x
7. Чжан, Д., Чжан, И., Фан, Ю., Рейджер, М., Герино, В., Бутейе, Л., Ли, М., и Томас, К. М. (2019). Полимеризация циклических карбаматов: практический путь к алифатическим полиуретанам. Макромолекулы, 52 (7), 2719–2724. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.9b00436
   
8. Амброуз, К., Мерфи, Д. Н., и Козак, К. М. (2019). комплексы хрома амино-бис(фенолаты) в качестве катализаторов кольцевой полимеризации оксида циклогексена. Макромолекулы, 52(19), 7403–7412. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.9b01381
   
9. Эллис, С. Н., Рябцева, А., Дайкман, Р. Р., Харгривз, С., Роберт, Т., Шампань,., Каннингем, М. Ф., и Джессоп,. Г. (2019). Богатые азотом CO2-чувствительные полимеры в качестве прямого осмоса притягивают растворенные вещества. Исследования в области промышленной и инженерной химии, 58(50), 22579–22586. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.9b04858
   
10. Чжан, Дж., Ву, И., Чэнь, К., Чжан, М., Гонг, Л., Янг, Д., Ли, С., и Гуо, В. (2019). Характеристики и механизм катионной полимеризации винилового эфира в водных средах, инициированной спиртом/B(C6F5)3/ET2O. Полимеры, 11(3), 500. https://doi.org/10.3390/polym11030500
    
11. Андерсон, Т. С., и Козак, К. М. (2019). Кольцевая полимеризация эпоксидов и сополимеризация_СО2 с эпоксидами с помощью цинкового аминобис(фенолата) катализатора. Европейский полимерный журнал, 120, 109237. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2019.109237
    
12. Баррозу, Р. Г. М. Р., Гонсалвес, С. Б., и Мачадо, Ф. (2019). Новый подход к синтезу полимеров на основе молочной кислоты в водной дисперсной среде. Устойчивая химия и фармацевтика, 15, 100211. https://doi.org/10.1016/j.scp.2019.100211
    
13. Янушевский, Р., Ковнацкий, И., Мациевски, Х., и Марцинец, Б. (2019). Катализируемое переходными металлами гидросилилирование полибутадиена – Влияние заместителей в кремнии на эффективность процесса силилфункционализации. Журнал катализа, 371, 27–34. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2019.01.026
    
14. Амброуз, К., Робертсон, К. Н., и Козак, К. М. (2019). Кобальтовые амино-бис(фенолаты) комплексы для связывания и сополимеризации эпоксидов с углекислым газом. Далтон Трактис, 48 (18), 6248–6260. https://doi.org/10.1039/c9dt00996e
    
15. Андреа, К. А., и Кертон, Ф. М. (2019). Триарилборан - Катализируемое образование циклических органических карбонатов и поликарбонатов. ACS Catalysis, 9(3), 1799–1809. https://doi.org/10.1021/acscatal.8b04282
16. Лю, С., Вэнь, Ю., Цюй, Дж., Гэн, Х., Чэнь, Б., Вэй, Б., Ву, Б., Ян, С., Чжан, Х., и Ни, Ю. (2019). Повышение солеустойчивости и термической стабильности нанофибрилл целлюлозы путем модификации прививки. Углеводные полимеры, 211, 257–265. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.02.009
17. Родич,., Милошев, И., Лекка, М., Андреатта, Ф., и Федрицци, Л. (2018). Коррозионные свойства и химическая стабильность прозрачных гибридных золь-гель покрытий, нанесенных на алюминий в кислотных и щелочных растворах. Прогресс в органических покрытиях, 124, 286–295. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2018.02.025
18. Оливейра, М., Берендс, С. Л., Роза, И. Р., и Петцхолд, К. Л. (2017). Использование тритиокарбонильного агента RAFT без модификации в качестве (Co)стабилизатора при миниэмульсионной полимеризации. Журнал науки о полимерах, часть Химия полимеров, 55 (10), 1687–1695. https://doi.org/10.1002/pola.28515
19. An, M., La, F., Mr, S., Gm, B., C, H., D, D. L. M., Jc, P., & M, N. (2017). Инкапсуляция неполярного экстракта Piper cabralanum (Piperaceae) в полиметилметакрилат с помощью миниэмульсии и оценка повышения эффективности антилейкемической активности в клетках K562. DOAJ (DOAJ: Каталог журналов открытого доступа). https://doaj.org/article/3859d040eeb34fb688c59bdb010c4923