Galleria mappe mentale Polimerizzazione radicalica senza chimica dei polimeri
Una mappa mentale sulla polimerizzazione dei radicali liberi della chimica dei polimeri, inclusa la cinetica di polimerizzazione (microscopica), Termodinamica della polimerizzazione, meccanismo di polimerizzazione dei radicali liberi, ecc.
Modificato alle 2023-11-27 17:26:24Microbiologia medica, Infezioni batteriche e immunità riassume e organizza i punti di conoscenza per aiutare gli studenti a comprendere e ricordare. Studia in modo più efficiente!
La teoria cinetica dei gas rivela la natura microscopica dei fenomeni termici macroscopici e le leggi dei gas trovando la relazione tra quantità macroscopiche e quantità microscopiche. Dal punto di vista del movimento molecolare, vengono utilizzati metodi statistici per studiare le proprietà macroscopiche e modificare i modelli di movimento termico delle molecole di gas.
Este é um mapa mental sobre uma breve história do tempo. "Uma Breve História do Tempo" é um trabalho científico popular com influência de longo alcance. Ele não apenas introduz os conceitos básicos da cosmologia e da relatividade, mas também discute os buracos negros e a expansão. Do universo. questões científicas de ponta, como inflação e teoria das cordas.
Microbiologia medica, Infezioni batteriche e immunità riassume e organizza i punti di conoscenza per aiutare gli studenti a comprendere e ricordare. Studia in modo più efficiente!
La teoria cinetica dei gas rivela la natura microscopica dei fenomeni termici macroscopici e le leggi dei gas trovando la relazione tra quantità macroscopiche e quantità microscopiche. Dal punto di vista del movimento molecolare, vengono utilizzati metodi statistici per studiare le proprietà macroscopiche e modificare i modelli di movimento termico delle molecole di gas.
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Polimerizzazione radicale
Meccanismo di polimerizzazione radicalica
Selettività dei meccanismi di polimerizzazione da parte dei monomeri olefinici
effetto di induzione
Il gruppo che attrae elettroni riduce la densità della nuvola di elettroni π del doppio legame, che favorisce l'attacco anionico e la polimerizzazione anionica.
Il gruppo donatore di elettroni aumenta la densità della nuvola di elettroni π del doppio legame, che è benefica per l'attacco cationico e la polimerizzazione cationica.
effetto di coniugazione
Gli elettroni sono più mobili e possono facilmente indurre la polarizzazione
effetto sterico
La struttura è più asimmetrica, il grado di polarizzazione aumenta ed è più facile aggregarsi.
A causa dell'impedimento sterico, alcuni monomeri olefinici 1,2 disostituiti hanno anche una simmetria strutturale, che rende difficile l'omopolimerizzazione o può formare solo dimeri.
L'etilene tri-tetra-sostituito generalmente non può essere polimerizzato, ad eccezione del fluoroetilene, poiché il raggio dell'atomo di fluoro è piccolo e l'effetto dell'ingombro sterico può essere ignorato.
Grilletto a catena
Concetto: Reazione per formare radicali liberi monomerici (specie attive).
Processo: nella prima fase, l'iniziatore I si decompone per formare il radicale libero primario R• (reazione endotermica con elevata energia di attivazione, bassa velocità di reazione, fase a velocità controllata) I—>2R• Nella seconda fase, i radicali liberi si aggiungono ai monomeri per formare radicali liberi monomerici (la reazione esotermica ha una bassa energia di attivazione e un'elevata velocità di reazione, paragonabile alle reazioni di crescita della catena. Questa fase è necessaria per l'inizio della catena) R•+monomero—>R monomero•
Tipo di iniziatore
Composti azoici
L'azobisisobutirronitrile AIBN (peso molecolare pari a 164) forma azoto e due radicali cianopropilici, non ha attività di decomposizione indotta, ha bassa attività ed è soggetto ad effetti gabbia.
L'azobisisoeptanitrile (ABVN) ha un'attività maggiore e un'attività media.
Perossidi (inorganici e organici)
Inorganico: il persolfato viene utilizzato nella polimerizzazione in emulsione e in soluzione acquosa per formare un sistema redox con ioni ferrosi e può essere avviato a temperatura ambiente
Organici: alchil idroperossido, dialchil perossido, diacil perossido (bassa attività) Perossido di dibenzoile BPO peso molecolare 242 Caratteristiche: decomposizione in due fasi per formare due radicali liberi a bassa attività È facile indurre la decomposizione, riducendo l'efficienza dell'iniziatore, ma non è facile provocare l'effetto gabbia.
sistema redox
Bassa energia di attivazione, velocità di inizio rapida, bassa efficienza dell'iniziatore BPO+NN Dimetilanilina
fotoiniziatore
I primi due tipi possono produrre radicali liberi attraverso la decomposizione della luce. Inoltre, anche i disolfuri, il benzoino e il difeniletilendione sono fotoiniziatori.
Forte selettività, controllabilità della luce, reattività moderata
Cinetica di decomposizione termica dell'iniziatore
Tasso di decomposizione dell'iniziatore
Frazione residua dell'iniziatore
Emivita t1/2
Il tempo necessario affinché l'iniziatore si decomponga alla metà della sua concentrazione iniziale
Efficienza dell'iniziatore f: la frazione di radicali liberi primari generati dalla decomposizione dell'iniziatore che effettivamente partecipano alla reazione di inizio catena È uguale al valore decomposto (inizio-ultimo-iniziatore della decomposizione) diviso per l'importo totale della decomposizione (inizio-ultimo), generalmente 0,5-0,8
decomposizione indotta
La reazione di trasferimento dei radicali liberi all'iniziatore produce nuovi radicali liberi, il numero rimane invariato, ma l'iniziatore viene consumato, riducendone l'efficienza.
Scelta dell'iniziatore
Influisce sulla velocità di reazione, sul tempo e sul peso molecolare
Osservando il metodo di polimerizzazione, sospensione di polimerizzazione in massa (fase oleosa), la soluzione dovrebbe scegliere un iniziatore solubile in olio come il perossido di azoto Emulsione soluzione acquosa in fase acquosa, scegliere sistema persolfato o redox
In secondo luogo, guardare la temperatura di polimerizzazione. Se la temperatura è alta, scegliere un'attività bassa. Se la temperatura è bassa, scegliere un'attività alta. Se si desidera una polimerizzazione uniforme, è necessaria un'attività alta o bassa (media).
Terzo, guarda altri fattori
crescita della catena
Concetto: i radicali liberi dei monomeri si aggiungono ai monomeri per generare nuovi radicali liberi e questo processo si ripete per generare radicali liberi che crescono a catena.
Caratteristiche: Forte reazione esotermica, calore di polimerizzazione 55-95 KJ/mol Energia di attivazione bassa, circa 20-34, elevata velocità costante, crescita rapida
Come aggiungere una singola unità
Metodo di connessione a unità singola
Primo e ultimo bonus: rappresentano il 98-99% del set. Determinato dall'effetto di coniugazione e dall'impedimento sterico dei gruppi laterali L'effetto di risonanza del sostituente sui radicali liberi della catena, la risonanza è stabile e non c'è La resistenza sterica del legame testa-coda è piccola, ma la resistenza del legame testa-testa è grande.
Struttura della testa: quando i monomeri con minore ostacolo sterico vengono polimerizzati a causa degli effetti di risonanza dei sostituenti, il contenuto delle teste aumenta. All’aumentare della temperatura di polimerizzazione, aumenta l’energia di attivazione e il contenuto della struttura della testa aumenterà.
stereotatticità
I radicali a catena della polimerizzazione radicalica sono ibridazione sp² planare e non esiste alcun fattore di orientamento.
Quando il monomero si aggiunge al radicale della catena, può essere aggiunto in modo casuale dalla parte superiore o inferiore del piano. Dopo la reazione del radicale a catena, cambia dall'ibridazione sp² all'ibridazione sp3. Il sostituente non ha selettività per la configurazione spaziale ed è casuale Si ottengono polimeri atattici. Pertanto, è difficile ottenere una polimerizzazione direzionale mediante polimerizzazione a radicali liberi.
Fenomeno di autoaccelerazione (effetto gel)
La terminazione a doppia base è ostacolata dal controllo della diffusione e la velocità di terminazione è ridotta.
Sia la massa molecolare relativa che la dispersione aumentano
terminazione della catena
Concetto: I radicali liberi sono altamente attivi e tendono a disattivarsi attraverso reazioni reciproche. La reazione in cui i radicali della catena vengono disattivati per formare un polimero stabile è chiamata reazione di terminazione della catena.
Caratteristiche: Principalmente bimolecole (terminazione a doppia base), bassa energia di attivazione, elevata costante di velocità, terminazione a doppia base controllata dalla diffusione
Terminazione a doppia base
La coincidenza finisce: due diventano uno
Reazione di terminazione in cui i singoli elettroni di due radicali a catena si combinano tra loro per formare un legame covalente
Quando avviate da un iniziatore e senza trasferimento di catena, entrambe le estremità della macromolecola sono residui iniziatori
Più forte è l'effetto di coniugazione, maggiore è la probabilità che si verifichi
La sproporzione termina: due diventano due
Una reazione di terminazione in cui un radicale libero in una catena cattura un atomo di idrogeno o un altro atomo da un altro radicale libero
Maggiore è l’effetto dell’impedimento sterico, maggiore è la probabilità che si verifichi
L’aumento della temperatura porta ad una maggiore cessazione della sproporzione
scegliere
I monomeri vinilici monosostituiti, l'acrilonitrile e lo stirene, sono tutti terminati con accoppiamento Un caso speciale è la completa sproporzione dell'acetato di vinile.
11 Vinile disostituito, sproporzione MMA terminata
Terminazione a base singola
I radicali liberi della catena e i monomeri subiscono il trasferimento della catena e terminano
trasferimento a catena
I radicali liberi a catena in crescita sequestrano atomi di altre molecole nel sistema, perdono la loro attività e formano polimeri, e le molecole che sequestrano gli atomi generano nuove reazioni di radicali liberi.
Appartiene alla terminazione a base singola
Inibizione della polimerizzazione: se i nuovi radicali liberi generati dopo il trasferimento sono inattivi, la polimerizzazione del monomero non può essere avviata o la reazione di polimerizzazione verrà interrotta.
Caratteristiche del meccanismo di polimerizzazione radicalica
La cinetica di reazione è caratterizzata da inizio lento, crescita rapida, terminazione rapida e trasferimento.
Il grado di polimerizzazione cambia poco e lo scopo di estendere il tempo di polimerizzazione è aumentare il tasso di conversione del monomero.
Quando viene raggiunta una certa velocità di conversione, la viscosità aumenta, provocando un aumento simultaneo della velocità di polimerizzazione e del peso molecolare (accelerazione automatica) e il controllo della diffusione provoca fenomeni cinetici macroscopici.
termodinamica della polimerizzazione
concetto di base
Il valore positivo o negativo della differenza di energia libera di polimerizzazione △G è il criterio per stabilire se il monomero può essere polimerizzato. △G=△H-T△S è inferiore a 0 e può essere polimerizzato altrimenti verrà depolimerizzato. Reazione di riduzione dell'entropia, quindi il calore di polimerizzazione deve essere inferiore a 0: maggiore è △H, maggiore è la tendenza alla polimerizzazione
calore di polimerizzazione
La calorimetria diretta, il metodo del calore di combustione, il metodo dell'equilibrio termodinamico possono essere utilizzati per la misurazione effettiva oppure possono essere calcolati in base al calore di formazione standard.
Fattori influenzanti
effetto sterico
Ridurre il calore di polimerizzazione (un sostituente metilico riduce il calore di polimerizzazione di 9kJ/mol)
effetto di coniugazione
Ridurre il calore della polimerizzazione. Nel monomero olefinico sono presenti coniugazioni π-π, p-π e σ-π, che mediano la nuvola di elettroni e riducono l'energia termodinamica. La coniugazione calcola la media della nuvola di elettroni, L'energia termodinamica del monomero diminuisce.
Elettronegatività sostituente
Il calore di polimerizzazione aumenta e l'energia di legame sostituita da gruppi atomici fortemente elettronegativi aumenta significativamente.
legame idrogeno
Riduce il calore di polimerizzazione e il legame idrogeno riduce l'energia interna. L'acido acrilico ha un'interazione intermolecolare più forte dell'acido poliacrilico, quindi il calore di polimerizzazione è inferiore lo riduce maggiormente a causa dell'impedimento sterico e del legame idrogeno.
solvatazione
Ridurre il calore di polimerizzazione
Temperatura limite superiore di polimerizzazione
La polimerizzazione e la depolimerizzazione sono in uno stato di equilibrio dinamico. In questo momento, la temperatura è chiamata temperatura limite superiore (di polimerizzazione) Tc = △H standard / △S standard.
concentrazione del monomero di equilibrio
Effetto della pressione sull'equilibrio polimerizzazione-depolimerizzazione
Il volume del sistema si restringe e la pressurizzazione ridurrà la distanza tra le molecole, il che è vantaggioso per la polimerizzazione e può aumentare la temperatura limite superiore di polimerizzazione.
Cinetica di polimerizzazione (microscopica)
velocità di reazione
Tasso di conversioneC La percentuale di monomeri che hanno partecipato alla reazione al contenuto di monomero iniziale M = M0 (1-C) M è il monomero
C-t Figura 1. Periodo di induzione: le impurità che inibiscono la polimerizzazione interrompono i radicali liberi primari e non viene prodotto alcun polimero. 2. Fase iniziale di velocità uniforme 3 fasi di accelerazione intermedia (accelerazione automatica) 4. Fase di decelerazione successiva
tre ipotesi
Presupposto della catena lunga Si supponga che il grado di polimerizzazione sia elevato e che la velocità di polimerizzazione totale sia uguale alla velocità di crescita della catena
L’equiattività presuppone che le costanti di tasso in ogni fase della crescita della catena siano uguali.
Ipotesi dello stato stazionario: la generazione e la distruzione dei radicali liberi sono in equilibrio, la concentrazione dei radicali liberi rimane invariata e lo stato stazionario Rt = Ri inizio della catena è uguale al tasso di terminazione della catena
una premessa
Nella fase iniziale della polimerizzazione non si verifica depolimerizzazione, doppia terminazione radicalica e nessuna influenza sul trasferimento di catena.
Fattori che influenzano la velocità di polimerizzazione
Struttura monolitica
Effetto di coniugazione: più debole è l'effetto di coniugazione del sostituente, più debole è l'attività del monomero, più attivo è il radicale libero e maggiore è la velocità di reazione.
Più forte è la polarità, maggiore è la velocità di reazione
Effetto di ostacolo sterico: maggiore è il volume del sostituente, minore è il kp
lunghezza media della catena cinetica
Definizione - Nella polimerizzazione a catena, ciascuna specie attiva dall'inizio alla fine (incluso il trasferimento di catena Il numero medio di molecole di monomero consumate nel corso della continuazione della reazione.
La sproporzione termina Xn=v L'accoppiamento termina Xn=2v
La temperatura è sfavorevole al grado medio numerico di polimerizzazione