polimeryzacja

Polimeryzacja (ang. polymerization) to proces syntezy, w którym cząsteczki monomerów łączą się w makrocząsteczki polimeru. W klasycznym podziale metod otrzymywania polimerów polimeryzację wymienia się obok polikondensacji i poliaddycji; polikondensacja wyróżnia się wydzielaniem małocząsteczkowych produktów ubocznych, natomiast poliaddycja jest reakcją stopniową bez typowej eliminacji takich produktów.

W węższym, często spotykanym ujęciu technologicznym polimeryzacja oznacza przede wszystkim reakcje monomerów nienasyconych, np. winylowych, prowadzące do powstania łańcuchów polimerowych. Monomery tego typu mogą tworzyć homopolimery albo kopolimery, a właściwości otrzymanego polimeru zależą m.in. od budowy chemicznej, masy cząsteczkowej, rozkładu mas cząsteczkowych, krystaliczności, dodatków oraz warunków prowadzenia procesu.

Inicjowanie i przebieg procesu

Polimeryzacja może być inicjowana różnymi sposobami, zależnie od monomeru i technologii. W procesach rodnikowych stosuje się inicjatory reakcji; w polimeryzacji emulsyjnej mogą być one rozpuszczalne w wodzie albo w fazie organicznej. W przypadku części polimerów, zwłaszcza poliolefin, duże znaczenie mają procesy katalityczne, np. z użyciem katalizatorów Zieglera-Natty, katalizatorów typu Philipsa lub innych systemów stosowanych w technologiach polietylenowych i polipropylenowych.

Metody prowadzenia polimeryzacji

Proces można prowadzić różnymi metodami, m.in. w masie, w roztworze, w zawiesinie lub w emulsji. Dobór metody wpływa na przebieg reakcji, odprowadzanie ciepła, postać produktu, wielkość cząstek, masę cząsteczkową oraz późniejsze przetwórstwo polimeru.

Polimeryzacja emulsyjna odbywa się zwykle w fazie wodnej. Hydrofobowe monomery są emulgowane za pomocą środków powierzchniowo czynnych, a układ zawiera także inicjatory, stabilizatory i często regulatory pH. Rezultatem jest stabilna dyspersja polimerowa. W procesie istotną rolę odgrywają emulgatory anionowe i niejonowe, które stabilizują emulsję oraz wpływają na wielkość cząstek i właściwości końcowych wyrobów, np. farb, klejów, lateksów lub dyspersji akrylowych.

Przykłady polimerów otrzymywanych przez polimeryzację

• polietylen – np. HDPE otrzymywany przez katalityczną polimeryzację etylenu;
• polipropylen – poliolefina otrzymywana z propylenu, w ważnych odmianach z udziałem katalizatorów stereospecyficznych;
• polichlorek winylu (PVC) – tworzywo termoplastyczne otrzymywane z monomeru chlorku winylu, m.in. metodą emulsyjną, suspensyjną lub w masie;
• polistyren (PS) – polimer styrenu, wytwarzany m.in. metodą suspensyjną, emulsyjną, blokową lub rozpuszczalnikową;
• PMMA, poli(octan winylu), lateksy akrylowe, kauczuki syntetyczne i dyspersje polimerowe – przykłady materiałów otrzymywanych lub opisywanych w kontekście polimeryzacji emulsyjnej.

W przemyśle polimeryzacja jest podstawą produkcji wielu tworzyw masowych, elastomerów, dyspersji, powłok, klejów i materiałów inżynierskich. Kontrola warunków procesu pozwala uzyskiwać gatunki o różnych właściwościach i przeznaczeniu, od opakowań i rur po elementy techniczne, materiały budowlane, wyroby medyczne oraz powłoki i lateksy.