本題に入る前に、どのような化学反応でポリマーが生成されるのか、まずポリマーの基本を理解しましょう。
ポリマーとは
ポリマーは、共有結合によって相互に結合された 1 つまたは複数の原子種または原子群の非常に長い配列として配置された分子で構成される物質です。ポリマーは、分子量が非常に大きいため、高分子と見なされます。相互に結合してポリマーを形成する原子または分子のグループは、モノマーとして知られています。したがって、モノマーはポリマーの構成要素です。
ポリマーに見られる主な結合は共有結合です。さらに、ファンデルワールス結合が存在する可能性があります。共有結合は、ファンデルワールス結合よりも強力です。したがって、ポリマーの解重合は非常に難しく、高度な技術が必要になる場合があります。
ポリマーの分類
ポリマーはさまざまな方法で分類されます。
モノマーの種類に基づく ポリマーを構築する、2 種類のポリマーがあります。 (a) ホモポリマー 、1 種類のモノマーのみの重合によって構成される、および (b) コポリマー 、2 種類以上のモノマーの重合によって形成されます。
ポリマーの性質に基づく 、それらは天然ポリマーと合成ポリマーに分類できます。 天然ポリマーの良い例 パラゴムノキと呼ばれる木から得られる天然ゴムラテックスです。 . 合成ポリマー 制御された条件下で人工的に作られたポリマーです。合成ポリマーの例としては、プラスチック、ネオプレン ゴム、シリコン ゴム、イソプレン ゴムなどがあります。
構造に基づく 、ポリマーには次の 4 種類があります:線状ポリマー、環状ポリマー、分岐ポリマー ネットワーク ポリマー .
ポリマーの最も一般的な分類は、化学的および物理的特性に基づくものです .この分類によると、ポリマーは熱可塑性樹脂、エラストマー、および熱硬化性樹脂に分類されます。 熱可塑性樹脂 線状または分岐ポリマーで構成されるポリマーです。熱を加えると柔らかくなります。さまざまな成形技術を用いて、任意の形状に成形することができます。 エラストマー 弾性のある性質を持つポリマーで、加えられた応力が解放されると、元の寸法を急速に回復することができます。 熱硬化性樹脂 高度に架橋されたポリマーのネットワークで構成される硬質ポリマーです。これらのポリマーは、一度形成されると再成形できず、熱を加えると分解します。
生分解性ポリマーとは
重合とは
重合とは、化学反応によってモノマー分子を結合させて長い鎖を形成するプロセスです。ホモポリマーはホモ重合によって形成され、コポリマーは共重合によって形成されます。たとえば、エチレン モノマーは単独重合してポリエテンを形成しますが、エチレン モノマーとプロピレン モノマーは共重合してポリ (プロピレン/エチレン) [PP/PE] コポリマーを形成します。
ポリマーを生成する化学反応の種類
重合の基本的な要件は、モノマーが他のモノマー分子と結合を形成する能力です。ポリマー産業では、ポリマーを形成するためにさまざまな種類の化学反応が行われます。これらすべての反応タイプは、段階重合と連鎖重合と呼ばれる 2 つの基本的なカテゴリに分類できます。
ステップ重合
段階重合は成長反応です。段階重合では、任意の 2 つの分子種間で起こる段階的な反応によってポリマー鎖の成長が起こります。段階重合では、各モノマー分子が二量体に変換され、次に三量体に変換され、ポリマー高分子を形成するまで、重合度は反応全体で徐々に増加します。段階重合には、重縮合と重付加の 2 種類の重反応があります。重縮合反応は、重付加反応よりもはるかに一般的です。
逐次重合の一般的な表現。 (単一の白い点はモノマーを表し、黒い鎖はオリゴマーとポリマーを表します)
連鎖重合
連鎖重合では、重合反応は反応性末端基に結合したモノマーでのみ発生し、通常、反応を開始するには開始剤が必要です。連鎖重合に使用されるモノマーには、通常、二重結合、三重結合、または芳香環が含まれています。これらの反応は、アニオンメカニズム、カチオンメカニズム、フリーラジカルメカニズム、および配位メカニズムを使用して実行できます。メカニズムのタイプは、使用するモノマーと開始剤の化学的性質に基づいて決定されます。最も一般的なメカニズムは、モノマーに炭素-炭素二重結合またはエチレン、ブタジエン、スチレン、アクリロニトリル、塩化ビニルなどのビニルモノマーが含まれるフリーラジカル重合です。フリーラジカル重合の開始剤は、次のようなさまざまな化学反応によってラジカルを生成できます。重合反応を開始するために、熱分解、レドックス反応など。このような開始剤の一般的な例には、ヒドロペルオキシド、重炭酸過酸化物、ペルオキシエステル、アゾ化合物、無機水溶性過硫酸塩、過酸化水素などが含まれます。
ポリカプロラクトンの開環による連鎖重合の例
参照:
Robert J. Young および Peter A. Lovell、Introduction to Polymers (2011)、第 3 版、CRC Press、USA.
Bruce, R. G, Dalton, W.K., Neely, J.E. and Kibbe, R.R, Modern materials and manufacturing process (2004), 3 Edition, Repro India Ltd,インド
