Мономеры представляют собой низкомолекулярные органические соединения, которые могут соединяться друг с другом в процессе реакции полимеризации с образованием высокомолекулярных полимеров. Их молекулярная масса обычно составляет от нескольких десятков до нескольких тысяч атомных единиц массы.
Свойство мономеров образовывать полимерные цепи определяется наличием в их молекулах двойных или тройных связей. Наиболее распространенными мономерами являются производные углеводородов - виниловые (этилен, пропилен, стирол), диеновые (бутадиен, изопрен), а также различные сложные эфиры, амиды и другие соединения.
Типы мономеров
Мономеры - это простые молекулы, способные соединяться друг с другом в процессе полимеризации с образованием полимерных молекул. Мономеры - это основа для создания полимеров с разнообразными свойствами:
- Органические мономеры на основе углеводородов (этилен, стирол, винилхлорид).
- Неорганические мономеры (кремнийорганические соединения).
- Элементорганические мономеры (соединения бора, фосфора).
По функциональности различают мономеры с разным количеством реакционноспособных групп в молекуле:
| Бифункциональные | 2 группы |
| Трифункциональные | 3 группы |
| Тетрафункциональные | 4 группы |
Функциональность мономера влияет на структуру образующегося полимера - линейную, разветвленную или сетчатую.
Процесс полимеризации
Мономеры - это низкомолекулярные вещества, молекулы которых способны вступать во взаимодействие друг с другом или с молекулами других веществ с образованием макромолекул. Полимеризация - это процесс образования полимеров из мономеров путем соединения молекул последних в длинные цепи. Существует несколько основных типов полимеризации:
- Радикальная полимеризация. Происходит путем обрыва π-связей с образованием свободных радикалов, которые инициируют цепную реакцию.
- Ионная полимеризация. Протекает с участием ионов-инициаторов.
- Поликонденсация. Происходит путем поликонденсации бифункциональных и полифункциональных мономеров.
Скорость и механизм полимеризации зависят от природы мономера и условий реакции. Различают гомополимеризацию, когда образуется полимер из молекул одного мономера, и сополимеризацию с участием нескольких мономеров. В результате полимеризации получаются высокомолекулярные полимерные цепи, состоящие из повторяющихся звеньев мономеров.
Применение полимеров
Полимеры находят широкое применение в различных областях благодаря уникальному сочетанию свойств. Мономеры - это низкомолекулярные соединения, из которых путем реакций полимеризации получают полимеры с заданными свойствами.
В промышленности полимерные материалы используются для производства пластмасс, каучуков, волокон, клеев, лакокрасочных материалов. Например, из полиэтилена и полипропилена изготавливают различные изделия, трубы, пленки, пенопласты. Полистирол применяют для производства упаковки, посуды, игрушек. Поливинилхлорид используется для напольных покрытий, обоев, труб.
В строительстве полимеры применяют в качестве связующих, герметиков, клеев, для тепло- и гидроизоляции. Их используют для производства напольных покрытий, обоев, кровельных материалов. Также на основе полимеров делают защитные и декоративные покрытия для стен, полов, фасадов зданий.
В медицине и фармацевтике на основе полимеров производят лекарства, медицинские изделия, имплантанты, протезы, ортезы, биоразлагаемые шовные материалы. Они используются для доставки лекарств, в тканевой инженерии, для создания искусственных органов.
В электротехнике и электронике полимеры применяют для изоляции проводов и производства диэлектриков, а также полупроводниковых материалов. Из полимеров делают корпуса радиоэлектронной аппаратуры, разъемов, печатных плат.
В автомобилестроении полимерные материалы используют для изготовления кузовных деталей, обивки салона, топливных баков, шин, различных уплотнителей. Они обеспечивают снижение веса и повышение надежности автомобилей.
В авиакосмической промышленности полимерные композиты применяют при производстве фюзеляжей, крыльев, хвостовых оперений, обтекателей, для внутренней отделки самолетов и космических аппаратов. Они сочетают легкость с высокой прочностью.
Мономеры для разных полимеров
Мономеры это исходные низкомолекулярные вещества, из которых в результате реакций полимеризации получают полимеры с различной структурой и свойствами. Рассмотрим примеры мономеров для получения важнейших промышленных и природных полимеров.
Полиэтилен получают путем полимеризации этилена. Этилен представляет собой газообразное непредельное углеводородное соединение с двойной углерод-углеродной связью. Полипропилен синтезируют из газообразного пропилена, который содержит метильную группу у двойной связи.
Полистирол производят полимеризацией стирола - ароматического непредельного углеводорода с винильной группой. Полиметилметакрилат (оргстекло) получают из метилметакрилата, содержащего двойную связь и сложноэфирную группу.
Поливинилхлорид синтезируют из винилхлорида, в молекуле которого хлор замещает один из атомов водорода при двойной связи. Политетрафторэтилен (тефлон) образуется при полимеризации тетрафторэтилена, где все атомы водорода замещены на фтор.
Полиамиды (нейлон) получают путем поликонденсации диаминов и дикарбоновых кислот. Например, для синтеза нейлона-6 исходным мономером является е-капролактам. Поликарбонат синтезируют из бисфенола А и фосгена или сложных эфиров угольной кислоты.
Природные полимеры, такие как белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды, синтезируются в живых организмах из мономеров - аминокислот, нуклеотидов и моносахаридов соответственно. Например, целлюлоза образуется из глюкозы, крахмал - из глюкозы и амилозы.
