Galeria de mapas mentais Polimerização Radical Livre de Química de Polímeros
Um mapa mental sobre a polimerização radical livre da química do polímero, incluindo cinética de polimerização (microscópica), Termodinâmica de polimerização, mecanismo de polimerização por radicais livres, etc.
Editado em 2023-11-27 17:26:24Il s'agit d'une carte mentale sur les anévrismes intracrâniens, avec le contenu principal, notamment: le congé, l'évaluation d'admission, les mesures infirmières, les mesures de traitement, les examens auxiliaires, les manifestations cliniques et les définitions.
Il s'agit d'une carte mentale sur l'entretien de comptabilité des coûts, le principal contenu comprend: 5. Liste des questions d'entrevue recommandées, 4. Compétences de base pour améliorer le taux de réussite, 3. Questions professionnelles, 2. Questions et réponses de simulation de scénarios, 1. Questions et réponses de capacité professionnelle.
Il s'agit d'une carte mentale sur les méthodes de recherche de la littérature, et son contenu principal comprend: 5. Méthode complète, 4. Méthode de traçabilité, 3. Méthode de vérification des points, 2. Méthode de recherche inversée, 1. Méthode de recherche durable.
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Polimerização Radical
Mecanismo de polimerização radicalar livre
Seletividade dos mecanismos de polimerização por monômeros olefínicos
efeito de indução
O grupo retirador de elétrons reduz a densidade da nuvem de elétrons π de ligação dupla, que conduz ao ataque de ânions e à polimerização aniônica.
O grupo doador de elétrons aumenta a densidade da nuvem de elétrons π da ligação dupla, o que é benéfico para o ataque catiônico e a polimerização catiônica.
efeito de conjugação
Os elétrons são mais móveis e podem facilmente induzir polarização
efeito estérico
A estrutura é mais assimétrica, o grau de polarização aumenta e é mais fácil de agregar.
Devido ao impedimento estérico, alguns monômeros olefínicos 1,2 dissubstituídos também apresentam simetria estrutural, o que dificulta a homopolimerização ou só pode formar dímeros.
O etileno tri-tetra-substituído geralmente não pode ser polimerizado, exceto o fluoroetileno, porque o raio do átomo de flúor é pequeno e o efeito de impedimento estérico pode ser ignorado.
Gatilho de corrente
Conceito: Reação para formação de radicais livres monoméricos (espécies ativas).
Processo: Na primeira etapa, o iniciador I se decompõe para formar o radical livre primário R• (reação endotérmica com alta energia de ativação, baixa taxa de reação, etapa com taxa controlada) I—>2R• Na segunda etapa, os radicais livres se adicionam aos monômeros para formar radicais livres monômeros (a reação exotérmica tem baixa energia de ativação e alta taxa de reação, que é comparável às reações de crescimento em cadeia. Esta etapa é necessária para o início da cadeia) R•+monômero—>R monômero•
Tipo de iniciador
Compostos azo
O azobisisobutironitrila AIBN (peso molecular igual a 164) forma nitrogênio e dois radicais cianopropil, não tem atividade de decomposição induzida, tem baixa atividade e é propenso a efeitos de gaiola.
Azobisisoheptanitrila (ABVN) possui maior atividade e atividade média.
Peróxidos (inorgânicos e orgânicos)
Inorgânico: O persulfato é usado na polimerização em emulsão e solução aquosa para formar um sistema redox com íons ferrosos e pode ser iniciado em temperatura ambiente
Orgânico: hidroperóxido de alquil, peróxido de dialquil, peróxido de diacil (baixa atividade) Peróxido de dibenzoíla BPO peso molecular 242 Características: decomposição em duas etapas para formar dois radicais livres com baixa atividade É fácil induzir a decomposição, diminuindo a eficiência do iniciador, mas não é fácil causar o efeito gaiola.
sistema redox
Baixa energia de ativação, taxa de iniciação rápida, baixa eficiência do iniciador BPO+NN Dimetilanilina
fotoiniciador
Os dois primeiros tipos podem produzir radicais livres por meio da decomposição leve. Além disso, dissulfetos, benjoim e difeniletilenodiona também são fotoiniciadores.
Seletividade forte, controlabilidade de luz, reatividade moderada
Cinética de decomposição térmica do iniciador
Taxa de decomposição do iniciador
Fração residual do iniciador
Meia-vida t1/2
O tempo necessário para o iniciador se decompor à metade de sua concentração inicial
Eficiência do iniciador f: a fração de radicais livres primários gerados pela decomposição do iniciador que realmente participam da reação de iniciação em cadeia É igual ao decomposto (iniciador de início-último-decomposição) dividido pela quantidade total de decomposição (início-último), geralmente 0,5-0,8
decomposição induzida
A reação de transferência de radicais livres para o iniciador produz novos radicais livres, o número permanece inalterado, mas o iniciador é consumido, reduzindo a eficiência.
Escolha do iniciador
Afeta a taxa de reação, tempo e peso molecular
Olhando para o método de polimerização, suspensão de polimerização em massa (fase oleosa), a solução deve escolher um iniciador solúvel em óleo, como o peróxido azo Solução aquosa de emulsão em fase aquosa, escolha sistema persulfato ou redox
Em segundo lugar, observe a temperatura de polimerização. Se a temperatura for alta, escolha baixa atividade. Se a temperatura for baixa, escolha alta atividade. Se quiser uma polimerização uniforme, você precisa de alta ou baixa (atividade média).
Terceiro, observe outros fatores
crescimento da cadeia
Conceito: Os radicais livres monômeros são adicionados aos monômeros para gerar novos radicais livres, e esse processo se repete para gerar radicais livres que crescem em cadeia.
Características: Forte reação exotérmica, calor de polimerização 55-95KJ/mol Baixa energia de ativação, cerca de 20-34, grande constante de taxa, rápido crescimento
Como adicionar uma única unidade
Método de conexão de unidade única
Primeiro e último bônus: representando 98-99% do conjunto. Determinado pelo efeito de conjugação e impedimento estérico de grupos laterais O efeito de ressonância do substituinte na cadeia de radicais livres, a ressonância é estável e não há A resistência estérica da ligação cabeça-cauda é pequena, mas a resistência da ligação cabeça-cabeça é grande.
Estrutura da cabeça: Quando monômeros com menos impedimento estérico são polimerizados devido aos efeitos de ressonância dos substituintes, o conteúdo das cabeças aumenta. À medida que a temperatura de polimerização aumenta, a energia de ativação aumenta e o conteúdo da estrutura principal aumenta.
estereotaxia
Os radicais em cadeia da polimerização radical livre são hibridização sp² planar e não há fator de orientação.
Quando o monômero se adiciona ao radical da cadeia, ele pode ser adicionado aleatoriamente do topo ou da parte inferior do plano. Após a reação do radical da cadeia, ele muda da hibridização sp² para a hibridização sp3. O substituinte não tem seletividade para a configuração espacial e é aleatório. . Polímeros atáticos são obtidos. Portanto, é difícil conseguir a polimerização direcional por polimerização por radicais livres.
Fenômeno de autoaceleração (efeito gel)
A terminação de base dupla é dificultada pelo controle de difusão e a taxa de terminação é reduzida.
Tanto a massa molecular relativa quanto a dispersão aumentam
terminação de cadeia
Conceito: Os radicais livres são altamente ativos e tendem a ser desativados através de reações mútuas. A reação na qual os radicais da cadeia são desativados para formar um polímero estável é chamada de reação de terminação da cadeia.
Características: Principalmente bimoléculas (terminação de base dupla), baixa energia de ativação, constante de alta taxa, terminação de base dupla é controlada por difusão
Terminação de base dupla
A coincidência acaba - dois se tornam um
A reação de terminação na qual os elétrons únicos de dois radicais de cadeia se combinam entre si para formar uma ligação covalente.
Quando iniciada por um iniciador e sem transferência de cadeia, ambas as extremidades da macromolécula são resíduos iniciadores
Quanto mais forte for o efeito de conjugação, maior será a probabilidade de ocorrer
A desproporção termina - dois se tornam dois
Uma reação de terminação na qual um radical livre em uma cadeia captura um átomo de hidrogênio ou outro átomo de outro radical livre.
Quanto maior o efeito de impedimento estérico, maior a probabilidade de ocorrer
O aumento da temperatura leva ao aumento da terminação da desproporção
escolher
Monômeros de vinil monossubstituídos, acrilonitrila e estireno, são todos terminados por acoplamento Um caso especial é a terminação completa da desproporção do acetato de vinila.
11 Vinil dissubstituído, desproporção do MMA encerrada
Terminação de base única
Os radicais livres e monômeros de cadeia sofrem transferência de cadeia e terminam
transferência em cadeia
A cadeia crescente de radicais livres retira átomos de outras moléculas do sistema, perde sua atividade e forma polímeros, e as moléculas que retiram átomos geram novas reações de radicais livres.
Pertence à terminação de base única
Inibição da polimerização: Se os novos radicais livres gerados após a transferência estiverem inativos, a polimerização do monômero não poderá ser iniciada ou a reação de polimerização será interrompida.
Características do mecanismo de polimerização por radicais livres
A cinética da reação é caracterizada por início lento, crescimento rápido, término rápido e transferência.
O grau de polimerização muda pouco, e o objetivo de prolongar o tempo de polimerização é aumentar a taxa de conversão do monômero.
Quando uma determinada taxa de conversão é atingida, a viscosidade aumenta, fazendo com que a taxa de polimerização e o peso molecular aumentem simultaneamente (aceleração automática), e o controle da difusão causa fenômenos cinéticos macroscópicos.
termodinâmica de polimerização
conceito básico
O valor positivo ou negativo da diferença de energia livre de polimerização △G é o critério para determinar se o monômero pode ser polimerizado. △G=△H-T△S é menor que 0 e pode ser polimerizado, caso contrário será despolimerizado. Reação de redução de entropia, portanto o calor de polimerização deve ser menor que 0 - quanto maior △H, maior a tendência de polimerização
calor de polimerização
Calorimetria direta, método de calor de combustão, método de equilíbrio termodinâmico podem ser usados para medição real ou podem ser calculados com base no calor de formação padrão.
Fatores de influência
efeito estérico
Reduza o calor de polimerização (um substituinte metil reduz o calor de polimerização em 9kJ/mol)
efeito de conjugação
Reduza o calor de polimerização. Existem conjugações π-π, p-π e σ-π no monômero olefínico, que calcula a média da nuvem de elétrons e reduz a energia termodinâmica. A conjugação calcula a média da nuvem de elétrons, A energia termodinâmica do monômero diminui.
Eletronegatividade do substituinte
O calor de polimerização aumenta e a energia de ligação substituída por grupos atômicos fortemente eletronegativos aumenta significativamente.
ligação de hidrogênio
Reduz o calor de polimerização e a ligação de hidrogênio reduz a energia interna. O ácido acrílico tem interação intermolecular mais forte do que o ácido poliacrílico, portanto o calor de polimerização é menor.
solvatação
Reduza o calor da polimerização
Temperatura limite superior de polimerização
A polimerização e a despolimerização estão em um estado de equilíbrio dinâmico. Neste momento, a temperatura é chamada de temperatura limite superior (polimerização) Tc = △H padrão / △S padrão.
concentração de monômero de equilíbrio
Efeito da pressão no equilíbrio de polimerização-despolimerização
O volume do sistema diminui e a pressurização encurtará a distância entre as moléculas, o que é benéfico para a polimerização e pode aumentar a temperatura limite superior da polimerização.
Cinética de Polimerização (Microscópica)
velocidade de reação
Taxa de conversãoC A porcentagem de monômeros que participaram da reação ao teor de monômero inicial M = M0 (1-C) M é o monômero
C-t Figura 1. Período de indução: Impurezas inibidoras da polimerização exterminam os radicais livres primários e nenhum polímero é produzido. 2. Estágio inicial de velocidade uniforme 3 estágios de aceleração intermediários (aceleração automática) 4. Estágio de desaceleração posterior
três suposições
Suposição de cadeia longa Suponha que o grau de polimerização seja grande e a taxa total de polimerização seja igual à taxa de crescimento da cadeia
A equiatividade assume que as constantes de taxa em cada etapa do crescimento da cadeia são iguais.
Suposição de estado estacionário: A geração e destruição de radicais livres estão em equilíbrio, a concentração de radicais livres permanece inalterada e o estado estacionário Rt = Iniciação da cadeia Ri é igual à taxa de terminação da cadeia
uma premissa
No estágio inicial da polimerização, não há despolimerização, dupla terminação radical e nenhuma influência na transferência da cadeia.
Fatores que afetam a taxa de polimerização
Estrutura monolítica
Efeito de conjugação: Quanto mais fraco for o efeito de conjugação do substituinte, mais fraca será a atividade do monômero, mais ativo será o radical livre e maior será a taxa de reação.
Quanto mais forte for a polaridade, maior será a taxa de reação
Efeito de impedimento estérico: quanto maior o volume do substituinte, menor o kp
comprimento médio da cadeia cinética
Definição - Na polimerização em cadeia, cada espécie ativa desde o início até o término (incluindo transferência de cadeia O número médio de moléculas de monômero consumidas durante a continuação da reação.
A desproporção termina Xn=v O acoplamento termina Xn=2v
A temperatura é desfavorável ao grau médio de polimerização