Akrilati su klasa široko rasprostranjenih organskih spojeva s reaktivnim dvostrukim vezama ugljik-ugljik, koje im omogućavaju da prolaze kroz različite reakcije polimerizacije. Kao dobavljač akrilata, dobro sam upućen u zamršenosti ovih procesa polimerizacije i njihove primjene. U ovom blogu ću se baviti različitim tipovima reakcija polimerizacije akrilata, objašnjavajući njihove mehanizme, proizvode i upotrebu u stvarnom svijetu.
1. Slobodno-radikalna polimerizacija
Polimerizacija slobodnih radikala je najčešća metoda za polimerizaciju akrilata. Uključuje tri glavna koraka: inicijaciju, propagaciju i završetak.
Inicijacija
Proces počinje sa inicijatorom. U slobodno-radikalnoj polimerizaciji akrilata, uobičajeni inicijatori su organski peroksidi ili azo jedinjenja. Na primjer, benzoil peroksid se razgrađuje zagrijavanjem ili izlaganjem svjetlosti, stvarajući slobodne radikale. Slobodni radikali tada reagiraju s akrilatnim monomerom, napadaju dvostruku vezu ugljik-ugljik i stvaraju novi radikal na monomeru.
[R - O - O - R \xrightarrow{\Delta \text{ ili } h\nu} 2R - O^{\cdot}]
[R - O^{\cdot}+CH_{2}=CH - COOR' \rightarrow R - O - CH_{2}-CH^{\cdot}-COOR']
Propagacija
Jednom kada se formira početni radikal, on može reagirati s drugim akrilatnim monomerom. Radikal na prvom dodanom monomeru napada dvostruku vezu drugog monomera, a proces se nastavlja lančanom reakcijom. Svako dodavanje monomera rastućem lancu naziva se korak razmnožavanja.
[R - O - CH_{2}-CH^{\cdot}-COOR'+CH_{2}=CH - COOR' \rightarrow R - O - CH_{2}-CH(COOR')-CH_{2}-CH^{\cdot}-COOR']
Ovaj lančani proces rasta može se nastaviti brzo, što dovodi do stvaranja dugih polimernih lanaca.
Raskid
Reakcija polimerizacije prestaje kada radikali reaguju na način koji eliminiše njihovu reaktivnost. Postoje dva glavna mehanizma raskida: kombinacija i disproporcija. U kombinaciji, dva rastuća polimerna radikala se kombinuju i formiraju jedan, duži polimerni lanac. U disproporcionalnosti, jedan radikal prenosi atom vodika na drugi radikal, što rezultira jednim zasićenim i jednim nezasićenim polimernim lancem.
kombinacija:
[R_{1}-CH_{2}-CH^{\cdot}-COOR'+R_{2}-CH_{2}-CH^{\cdot}-COOR' \rightarrow R_{1}-CH_{2}-CH(COOR')-CH(COOR')-CH_{2}-R_{2}]
Disproporcionalnost:
[R_{1}-CH_{2}-CH^{\cdot}-COOR'+R_{2}-CH_{2}-CH^{\cdot}-COOR' \rightarrow R_{1}-CH_{2}-CH_{2}-COOR'+R_{2}-CH=CH - COOR']
Slobodno-radikalna polimerizacija akrilata koristi se za proizvodnju širokog spektra proizvoda, kao što su akrilne boje, ljepila i premazi. Ovi proizvodi su poznati po svojoj dobroj otpornosti na vremenske uvjete, transparentnosti i svojstvima prianjanja. na primjer,Butil akrilat 141 - 32 - 2se često polimerizira polimerizacijom slobodnih radikala kako bi se napravila ljepila osjetljiva na pritisak koji se koriste u trakama i naljepnicama.
2. Anionska polimerizacija
Anionska polimerizacija akrilata je više kontrolisan proces u poređenju sa polimerizacijom slobodnih radikala. Zahtijeva jak nukleofil kao inicijator, kao što je jedinjenje alkil litijuma.
Inicijacija
Inicijator napada karbonil ugljik akrilatnog monomera, stvarajući negativan naboj na ugljiku pored karbonilne grupe. Ova negativno nabijena vrsta tada djeluje kao reaktivni centar za daljnje dodavanje monomera.
[R - Li+CH_{2}=CH - COOR' \rightarrow R - CH_{2}-CH^{\ominus}-COOR'+Li^{\oplus}]
Propagacija
Negativno nabijene vrste napadaju dvostruku vezu drugog akrilatnog monomera, a lanac raste korak po korak. Reakcija je vrlo kontrolirana, a rezultujući polimeri često imaju usku distribuciju molekulske težine.
[R - CH_{2}-CH^{\ominus}-COOR'+CH_{2}=CH - COOR' \rightarrow R - CH_{2}-CH(COOR')-CH_{2}-CH^{\ominus}-COOR']
Raskid
Anionska polimerizacija se može prekinuti dodavanjem izvora protona, kao što je alkohol. Ovo eliminiše negativni naboj na rastućem lancu i zaustavlja polimerizaciju.
[R - CH_{2}-CH^{\ominus}-COOR'+ROH \rightarrow R - CH_{2}-CH(COOR')-OH+RO^{\ominus}]
Anionska polimerizacija je korisna za proizvodnju polimera sa specifičnom arhitekturom, kao što su blok kopolimeri. Na primjer, sposobnost preciznog upravljanja procesom polimerizacije ga čini pogodnim za stvaranje materijala sa prilagođenim mehaničkim i hemijskim svojstvima.
3. Kationska polimerizacija
Kationska polimerizacija akrilata je rjeđa od slobodno-radikalne i anjonske polimerizacije jer akrilati nisu visoko reaktivni prema kationskim inicijatorima. Međutim, pod određenim uslovima može doći do toga.
Inicijacija
Kationski inicijatori, kao što su Lewisove kiseline (npr. bor trifluorid eterat), mogu pokrenuti polimerizaciju. Lewisova kiselina aktivira akrilatni monomer koordinacijom sa karbonil kiseonikom, čineći dvostruku vezu podložnijom napadu katjonskih vrsta.
[BF_{3}\cdot OEt_{2}+CH_{2}=CH - COOR' \rightarrow [CH_{2}=CH - COOR'\cdot BF_{3}\cdot OEt_{2}]^{\ominus}]
[ [CH_{2}=CH - COOR'\cdot BF_{3}\cdot OEt_{2}]^{\ominus}+H^{+}\rightarrow CH_{2}=CH - COOR^{\cdot +}+BF_{3}\cdot OEt_{2}]
Propagacija
Kationske vrste napadaju dvostruku vezu drugog akrilatnog monomera, a lanac raste kroz niz reakcija adicije.
[CH_{2}=CH - COOR^{\cdot +}+CH_{2}=CH - COOR' \rightarrow CH_{2}-CH(COOR')-CH_{2}-CH^{\cdot +}-COOR']
Raskid
Prekid se može dogoditi reakcijom kraja kationskog lanca s nukleofilom ili reakcijom prijenosa. Na primjer, reakcija sa količinom vode u tragovima u sistemu može prekinuti lanac.
[CH_{2}-CH(COOR')-CH_{2}-CH^{\cdot +}-COOR'+H_{2}O\rightarrow CH_{2}-CH(COOR')-CH_{2}-CH(OH)-COOR'+H^{+}]
Iako je kationska polimerizacija akrilata izazovnija, može se koristiti za proizvodnju polimera s jedinstvenim svojstvima za specifične primjene.
4. Kopolimerizacija akrilata
Akrilati se također mogu kopolimerizirati s drugim monomerima kako bi se formirali kopolimeri sa poboljšanim svojstvima. Postoje dvije glavne vrste kopolimerizacije: nasumična kopolimerizacija i blok kopolimerizacija.
Slučajna kopolimerizacija
Kod nasumične kopolimerizacije, dva ili više različitih monomera se polimeriziraju zajedno istovremeno. Monomeri se nasumično dodaju duž polimernog lanca. na primjer,Etil akrilat 140 - 88 - 5može se kopolimerizirati s drugim akrilatnim monomerom ili drugom vrstom monomera, kao što je stiren. Rezultirajući nasumični kopolimer ima kombinaciju svojstava oba monomera.
Blok kopolimerizacija
Blok kopolimeri se formiraju prvo polimerizacijom jednog monomera da se formira blok, a zatim dodavanjem drugog monomera da se formira drugi blok. Ovo se može postići sofisticiranijim tehnikama polimerizacije, kao što je anionska polimerizacija. Blok kopolimeri često pokazuju jedinstvena svojstva samosastavljanja i mogu se koristiti u aplikacijama kao što su termoplastični elastomeri.
Realna - svjetska primjena polimeriziranih akrilata
Polimeri proizvedeni polimerizacijom akrilata imaju širok spektar primjena u različitim industrijama.
- Premazi i boje: Akrilni polimeri se široko koriste u premazima i bojama zbog odlične otpornosti na vremenske uslove, sjaja i prionjivosti. Mogu se koristiti na raznim podlogama, uključujući metal, drvo i plastiku.
- Adhesives:BA 141 - 32 - 2i drugi polimeri na bazi akrilata koriste se u lepkovima osetljivim na pritisak, strukturalnim lepkovima i lepkovima za topljenje. Ova ljepila pružaju snažno prianjanje i pogodna su za niz materijala.
- Tekstil: Akrilni polimeri se mogu koristiti za poboljšanje otpornosti na gužvanje, otpornost na skupljanje i obnavljanje bora tekstila. Koriste se i kao veziva u tekstilnoj štampi.
- Medicinske aplikacije: Neki akrilatni polimeri su biokompatibilni i mogu se koristiti u medicinskim aplikacijama, kao što su sistemi za isporuku lijekova, skele za tkivno inženjerstvo i kontaktna sočiva.
Zaključak
Kao dobavljač akrilata, razumijem važnost ovih reakcija polimerizacije u stvaranju visokokvalitetnih proizvoda na bazi akrilata. Bilo da se radi o raznovrsnoj polimerizaciji slobodnih radikala, kontrolisanoj anjonskoj polimerizaciji, manje uobičajenoj kationskoj polimerizaciji ili proizvodnji kopolimera, svaka metoda nudi jedinstvene prednosti i primjene.
Ukoliko ste zainteresovani za kupovinu akrilata za Vaše specifične potrebe polimerizacije, pozivam Vas da nas kontaktirate radi nabavke i pregovora. Možemo vam pružiti visokokvalitetne akrilatne proizvode i tehničku podršku kako bismo osigurali uspjeh vaših procesa polimerizacije.
Reference
- Odian, G. Principi polimerizacije. Wiley - Interscience, 2004.
- Lutz, J. - F., Schubert, US Handbook of Stimuli - Responsive Materials. Wiley - VCH, 2013.
- Elias, HG Uvod u nauku o polimerima. VCH, 1997.