중합 반응에 대한 종합 정보

중합 반응은 저분자량 모노머를 고분자량 폴리머로 전환하는 과정입니다. 폴리머는 저분자량 모노머가 갖지 못하는 가소성, 섬유 형성, 필름 형성, 고탄성 등의 중요한 특성을 가지고 있습니다. , 플라스틱, 섬유, 고무, 코팅, 접착제 및 기타 용도의 고분자 재료로 널리 사용될 수 있습니다. 본 물질은 하나 이상의 구조단위(모노머)로 구성되어 있으며, 모노머들의 반복적인 반응에 의해 합성된 고분자 화합물입니다. 기본 소개 한자명 : 중합 설명 : 단량체로부터 고분자를 합성하는 반응과정 종합분류 : 부가중합, 축중합 중합방법 : 괴상중합, 현탁중합, 용액중합 분류, 전체분류, 다른 각도에서의 분류, 두 가지 차이, 중합 방법, 개요, 기상 및 고상중합, 고리화중합, 공학적응용, 유해특성, 안전대책, 반응분류 전체 분류 넓은 관점에서 보면 부가중합(중합반응)과 축합중합반응(축합반응)으로 나누어진다. . 다양한 각도에서의 분류 ① 1929년 W.H. Carrousel은 중합반응을 반응과정에서 저분자량 물질의 석출 여부에 따라 축합중합반응과 부가중합반응으로 분류하였다. 축중합이란 일반적으로 다관능성 단량체 사이에 다중 축합이 일어나면서 동시에 물, 알코올, 암모니아, 염화수소 등의 저분자 부산물이 방출되는 반응을 말하며, 생성된 중합체를 축합 중합체라고 합니다. 부가중합반응은 α-올레핀과 n-공액디엔과 비닐단량체가 상호첨가를 통해 중합체를 형성하는 반응을 말하며, 이 반응 중에 생성되는 중합체를 부가중합체라고 부르는데, 이 반응에서 생성되는 부산물은 전혀 나오지 않는다. 첨가 중합체의 화학적 조성은 출발 단량체의 화학적 조성과 동일하다. 축합중합반응 ② 1953년 P.J. Flory는 중합반응을 반응 메커니즘에 따라 단계적 중합과 연쇄중합의 두 가지 범주로 나누었다. 단계적 중합 반응의 각 단계의 속도 상수와 활성화 에너지는 거의 동일합니다. 반응 초기에는 대부분의 단량체가 빠르게 사라지고 이량체에서 사량체와 같은 중간 생성물로 중합되며, 올리고머는 계속 반응하여 생성물의 분자량이 증가합니다. 따라서, 단량체 전환율은 기본적으로 중합시간의 연장과 무관하지만, 중합시간의 연장에 따라 생성물의 분자량이 점차 증가한다고 볼 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(폴리에스테르 참조)를 형성하기 위한 에틸렌 글리콜 및 테레프탈산과 같은 관능기를 갖는 화합물 사이의 중축합 반응, 아디프산과 헥사메틸렌디아민(폴리에틸렌 테레프탈레이트 참조)으로부터 폴리아디프아미드 헥사메틸렌디아민의 합성 반응 등이 있습니다. 또한 폴리우레탄을 형성하기 위한 디이소시아네이트와 디올의 중첨가 반응; 폴리디메틸페닐렌 에테르를 형성하기 위한 2,6-자일레놀의 산화 커플링 중합. 사슬 중합에는 일반적으로 개시, 전파 및 종료 반응 단계가 포함됩니다. 각 반응 단계의 속도 상수와 활성화 에너지는 크게 다릅니다. 중합 시간을 연장하면 분자량 변화 없이 전환율을 높일 수 있습니다. α-올레핀, n-공액 디엔 및 비닐 단량체의 자유 라디칼 중합 및 양이온, 음이온 또는 배위 중합은 사슬 중합 반응이고, 선택된 조건 하에서 고리형 에테르 및 락탐의 이온 개환 중합은 특정 이성질체화 중합입니다. 일반적인 하위중합의 단량체, 알킬 리튬 존재 하의 스티렌 또는 부타디엔의 음이온 리빙 중합 이러한 반응은 고유한 특성을 가지고 있지만 일반적으로 사슬 중합입니다. 사슬 중합은 개시 방법에 따라 개시제(또는 촉매) 개시 중합, 열 개시 중합, 광 개시 중합, 방사선 중합으로 나눌 수도 있습니다. 그 밖에도 생화학적 중합, 전기화학적 개시 중합, 기계화학적 중합이 있다. ③단량체와 고분자의 구조에 따라 방향성 중합(또는 입체 규칙성 중합), 이성화 중합, 개환 중합, 고리화 중합 등의 중합 반응이 있을 수 있다. 두 가지 유형의 연쇄중합과 단계적 중합의 차이점 1. 단량체의 소멸(전환율로 표시)과 중합 시간의 관계 단계적 중합에서는 모든 단량체의 서로 다른 관능기가 서로 반응할 수 있으므로 단량체가 매우 이때의 전환율은 단량체 작용기의 반응도 p로 표현되어야 하며, 이들 사이의 관계는 전환율 = 100p이다. 연쇄중합반응에서는 단량체가 점차적으로 사라진다. 2. 중합체의 평균 중합도와 전환율의 관계 연쇄 중합 반응에서는 기본적으로 전환율에 의존하지 않습니다.

단계적 중합 반응에서는 전환율이 80일 때에만 올리고머가 형성되고, 전환율이 98일 때만 고분자가 형성될 수 있으며, 이 때 사슬의 종결과 이동이 없이 리빙 폴리머를 형성할 수 있다. 전환율이 증가하면 가치도 증가합니다. 3. 반응열과 활성화에너지를 비교하면 연쇄중합의 반응열은 20~30 kcal/mol로 상대적으로 크므로 최대중합온도 Tc는 일반적으로 200~300°C로 매우 높다. 중합 온도에 따라 비가역적인 반응으로 간주될 수 있습니다. 사슬중합반응의 사슬성장 활성화에너지는 약 5kcal/mol로 매우 작기 때문에 개시제가 자유라디칼을 생성하는 한 사슬성장은 빠르게 진행되어 약 1000 정도의 값을 갖는 장쇄 고분자를 만들 수 있다. 약 1초 안에 형성됩니다. 그러나 단계적 중합 반응(예: 폴리아미드 및 폴리에스테르)에서는 반응열이 약 5kcal/mol에 불과하고 Tc도 40~50°C로 낮습니다. 따라서 이는 상온에서 가역적인 반응이며, 화학 평형은 온도와 소분자 부산물의 농도에 따라 달라집니다. 단계적 중합반응의 연쇄성장 활성화 에너지는 약 15 kcal/mol이므로 중합은 높은 온도를 사용해야 하며, 반응온도를 낮추기 위해 촉매를 사용하는 경우가 많으며, 작은 분자를 최대한 제거하기 위해 고진공 하에서 반응을 진행한다. 가능한 한 부산물. 중합 방법 개요 일반적으로 사용되는 중합 방법에는 괴상 중합, 현탁 중합, 용액 중합 및 유화 중합이 포함됩니다. 자유 라디칼 중합은 그 중 하나를 사용하여 수행할 수 있으며, 이온 중합 또는 배위 중합은 일반적으로 용액 중합을 사용합니다. 예를 들어, 에틸렌과 프로필렌은 티타늄 촉매를 사용하여 중합되므로 종종 슬러리라고도 합니다. 중축합 반응은 일반적으로 벌크 또는 용액에서 수행되며 각각 벌크(용융) 중축합 및 용액 중축합이라고 하며 2상 계면에서의 중축합을 계면 중축합이라고 합니다. 기체상 및 고체상 중합 중합 온도 및 압력 하에서 기체 또는 고체인 단량체도 중합될 수 있으며, 이를 각각 기체상 중합 및 고체상 중합이라고 합니다. 기체상, 고체상 및 용융중합은 모두 괴상중합의 범주로 분류될 수 있습니다. 네 가지 중합 방법의 다른 특징은 다음과 같습니다. ① 벌크 중합은 구성 요소가 간단하고 일반적으로 단량체와 소량의 개시제만 포함하므로 조작이 쉽고 제품이 순수하다는 단점이 있습니다. 제거하기 쉽습니다. 산업계에서 자유 라디칼 중합에 의해 생산되는 주요 폴리머 유형에는 폴리메틸 메타크릴레이트, 고압 폴리에틸렌 및 폴리스티렌이 포함됩니다. ② 용액 중합은 시스템 점도가 낮고 열전달 및 혼합이 용이하며 온도 조절이 용이하다는 장점이 있으며, 단점은 중합도가 낮고 용매의 사용 및 회수가 적다는 것입니다. 장비 투자와 생산 비용이 증가해야 합니다. 용액 중합은 메탄올에서 비닐 아세테이트의 용액 중합, 방사 용액으로 직접 사용되는 아크릴로니트릴의 용액 중합, 코팅 및 접착제로 직접 사용되는 아크릴레이트 용액 중합 용액 등과 같이 폴리머 용액을 직접 사용하는 산업에서 주로 사용됩니다. . ③ 현탁중합은 일반적으로 다량의 물 매질에서 행해지기 쉬우며, 제품은 0.05~2mm 정도의 작은 입자로 세척 및 분리가 용이하다는 단점이 있다. 제품이 벽에 쉽게 달라붙어 열 전달 및 중합 케틀 생산에 영향을 미친다는 것입니다. 현탁중합은 주로 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트의 산업 생산에 사용됩니다. ④ 유화중합은 유화제를 사용하기 때문에 모노머가 미셀에서 개시되고, 모노머-폴리머 라텍스 입자에서 중합이 진행되는 특수한 메커니즘을 가지고 있습니다. 빠른 속도, 큰 제품 분자량, 낮은 시스템 점도 및 쉬운 열 방출이 특징입니다. 단점은 유화제 제거가 쉽지 않아 제품 성능, 특히 열악한 전기 특성에 영향을 미친다는 것입니다. 업계에서는 유화 중합이 주로 사용됩니다. 스티렌-부타디엔 고무, 니트릴 고무 및 클로로프렌 고무 생산과 같은 합성 고무 생산에 사용됩니다. 괴상중합과 용액중합은 일반적으로 균일반응이지만, 단량체나 용매에 불용성이어서 중합체가 침전되는 경우가 있고, 현탁중합과 유화중합은 모두 불균일 반응이다. 균질 시스템은 종종 비뉴턴 유체(점성 유체 흐름 참조)이며 고체 중합체를 얻으려면 침전 및 분리가 필요합니다. 이종 시스템의 고체 함량은 30~50(최대 약 60)입니다. ), 직접 사용할 수 있는 라텍스를 제외하고 나머지는 모두 분리, 정제 및 기타 후가공이 필요합니다. 고리화 중합은 비공액 디엔 화합물로부터 고리형 구조 반복 단위를 갖는 선형 중합체가 형성되는 중합 반응입니다. 내열성이 높은 제품이므로 고리화 중합은 내열성 고분자를 제조하는 수단입니다.

간략한 역사 두 개의 이중 결합을 가진 화합물은 중합 시 가교된 불용성 및 불용성 중합체를 형성해야 한다고 믿어져 왔습니다. 그러나 1951년 G.B. Butler 등은 자유 라디칼을 사용하여 디알릴 4차 암모늄염의 용액 중합을 시작하고 가용성 선형 중합체를 얻었습니다. 버틀러는 디알릴 4차 암모늄염의 중합 연구를 통해 단량체가 교대로 "분자 내-분자간" 사슬 성장 반응을 거쳐 선형 중합체를 형성할 수 있다고 제안했습니다. 1953년 W. Simpson 등은 디알릴 프탈레이트의 중합 반응을 연구할 때 디엔 단량체가 중합 중에 고리화된다는 사실을 지적했습니다. 1958년에 J.F. Jones는 이러한 유형의 중합을 고리화 중합이라고 불렀습니다. 엔지니어링에 적용할 경우 중합 공정은 회분식(batch type)이 될 수 있으나, 산업적 대규모 생산에서는 주로 연속식(continuous type)이 사용됩니다. 일반적으로 사용되는 장비로는 간헐식 및 연속식 교반 반응기와 관형, 루프형, 유동층 및 타워형 반응기가 있습니다. 등을 다양한 형태로 연속적으로 사용할 수도 있습니다(중합 반응 공학 참조). 유해특성 (1) 중합반응에 사용되는 대부분의 단량체, 용매, 개시제, 촉매 등은 인화성 및 폭발성 물질이므로 부적절한 사용이나 보관으로 인해 화재 및 폭발이 일어나기 쉽습니다. 예를 들어, 폴리에틸렌의 단량체 에틸렌은 가연성 가스이고, 부타디엔 고무 생산에 사용되는 용매 벤젠은 가연성 액체이며, 개시제 금속 나트륨은 젖었을 때 위험한 가연성 제품입니다. (2) 많은 중합 반응이 고압 조건에서 수행되며, 압축 과정이나 고압 시스템에서 단량체가 누출되어 화재 및 폭발이 발생하기 쉽습니다. 예를 들어, 130~300MPa의 압력에서 에틸렌을 중합시켜 폴리에틸렌을 합성한다. (3) 중합반응에 첨가되는 개시제는 모두 화학적 활성이 강한 과산화물이므로, 성분의 비율을 적절하게 조절하지 않으면 폭발이 일어나기 쉽고, 반응기 압력이 갑자기 높아지면 폭발이 일어나기 쉽습니다. (4) 폴리머는 분자량이 크고 점도가 높아 중합반응의 열이 쉽게 빠져나가지 않으며, 단수, 정전, 교반실패 등이 발생하면 벽에 걸리기 쉽습니다. 막혀 국부적인 과열을 일으키거나 원자로가 과열되어 폭발하게 됩니다. 안전 조치 중합 반응 중 주의해야 할 안전 조치: (1) 가연성 가스 감지 경보를 설정해야 합니다. 장비나 파이프라인에서 가연성 가스 누출이 발견되면 자동으로 중지됩니다. (2) 반응 주전자의 교반 및 온도에는 이상이 발견되면 자동으로 공급을 중단할 수 있는 감지 및 연동 장치가 있어야 합니다. (3) 고압 분리 시스템에는 파열판, 폭발관 및 양호한 정전기 접지 시스템이 장착되어야 합니다. 일단 이상이 발생하면 압력이 제때에 완화되어야 합니다. (4) 촉매, 개시제 등의 보관, 운송, 조제, 주입에 대한 엄격한 관리를 강화해야 한다. (5) 폭발현상이 발생하지 않도록 주의하십시오. (6) 벽이 달라붙거나 막히지 않도록 주의하십시오.