共重合

単一モノマー重合の理解が大幅に進歩したにもかかわらず、共重合の包括的な研究は妨げられてきました。共重合は、事実上無限の範囲のポリマーの開発を可能にし、特性のより良いバランスを得るためにポリマー材料の商業的用途で頻繁に使用されます。共重合体は、連鎖成長および段階成長縮重合プロセスを使用して作成できます。ただし、「三元重合」と「多成分重合」という語句は、それぞれ 3 つのモノマーと 3 つ以上のモノマーの重合を指すために広く使用されています。

共重合

多くのモノマーは、「ポリマー」と呼ばれる鎖状の構造を形成します。これらのポリマーは繰り返しサブユニットを持っています。ポリマーが形成されるプロセスの名前は、重合と呼ばれます。そのようなポリマーでは、モノマーが異なる種に由来する場合、それはコポリマーと呼ばれます。これらの共重合体は、共重合と呼ばれるプロセスによって形成されます。

共重合の定義

共重合は、2 種類以上の異なるモノマーが重合してコポリマーを形成するプロセスです。コポリマーはホモマーとは異なります。ホモマーでは、異なるタイプのモノマーが重合するコポリマーではなく、同じタイプのモノマーのみが重合します。

ホモマーの配列

A – 単量体サブユニット

ホモマーの例

ポリエチレンまたは -(-CH2CH-)n–

共重合体の配列

A – モノマー 1

B – モノマー 2

共重合体の例

ニトリル ゴム、アクリロニトリル ブタジエン スチレン、ポリエチレン酢酸ビニル (PEVA)。

共重合の種類

共重合体は、大きく 2 つのカテゴリに分類できます。それらは線状ポリマーと分岐ポリマーです。

線状ポリマーの構造

分岐ポリマーの構造

線状ポリマー

直鎖、または分岐のない単一の主鎖は、最も基本的なポリマー アーキテクチャです。線状ポリマーは炭素-炭素結合の長鎖であり、残りの 2 つの原子価結合は主に水素または少量の炭化水素成分に結合しています。線状コポリマーは、ポリマーの線状鎖における異なるモノマーの順序に基づいて、さらに 4 つのタイプに分類されます。 4 つの分類は次のとおりです。

ブロック共重合体

ブロック共重合体は、線状パターンに配置された分子で構成されたポリマーであり、ブロックはポリマー分子の一部として定義され、モノマー単位は、周囲の部分にはない少なくとも 1 つの構成または配置特性を持っています。得られた単鎖高分子は、複数のホモポリマー単位が共有結合によって結合されている場合、ブロック共重合体と呼ばれます。ジャンクション ブロックは、2 つのホモポリマー鎖を接続する中間ユニットです。ジブロック コポリマーは 2 つのホモポリマー ブロックで構成され、トリブロック コポリマーは 3 つのホモポリマー ブロックで構成されます。ブロック共重合体の構成特性は、各ブロックが特定のモノマー種から生成された単位で構成されていることです。ナノスケールの長さスケールでは、ブロック共重合体はさまざまな秩序相を作り出すことができます。ブロック共重合体がさまざまな形状とサイズの剛性テンプレートと結合すると、環境が制限され、ブロック共重合体が生成できる形態が大幅に制限されます。

ブロック共重合体の図解

ブロック共重合体の例

PS-b-PMMA またはポリスチレン-b-ポリ(メタクリル酸メチル) (b =ブロック)

統計共重合体

統計共重合体では、モノマー単位の連続分布はよく知られている統計法則に従います。たとえば、単量体配列分布は、0 次 (ベルヌーイ)、1 次、2 次、またはそれ以上のマルコフ統計に従うことができます。モノマーのモル分率が、鎖の任意の点でそのモノマーの残基を見つける可能性に等しい場合、ポリマー全体はランダムポリマーとして知られています。フリーラジカル重合プロセスは、これらのポリマーの製造に一般的に使用されます。モノマー単位の統計的シーケンスの生成につながる基本プロセスは、運動学的に常に等しい確率で進行するとは限りません。これらのプロセスは、単量体単位の構成が交互になる傾向があるもの、同様の単位のクラスター化、または順序付けの傾向がまったくないものなど、さまざまな配列分布をもたらす可能性があります.

統計共重合体の図解

統計共重合体の例

スチレン・ブタジエン共重合ゴム

交互共重合体

２種類の単量体単位が交互に分散した共重合体は、交互共重合体として知られている。その結果、配置-ABABABAB-または(AB)nは交互共重合体を表す。 (A-alt-B) はモノマー単位 (A-alt-B) の交互配列であり、poly はそれに対応する交互コポリマー (A-alt-B) です。交互配列配置は、構造的に規則的な構造をもたらす可能性があり、そのような状況では、規則的な一本鎖有機ポリマーの構造に基づく命名法を使用して命名できます。

交互共重合体の図解

交互共重合体の例

ナイロン6、ポリ[スチレン-alt-(無水マレイン酸)]

周期共重合体

これらのポリマーでは、単量体は単鎖で構成されており、反復配列があります。 CRP 法は、周期的および交互共重合体を作成するためにも使用できます。これらは、無水マレイン酸や N-置換マレイミドなどの強力な電子受容性モノマーと、スチレンなどの電子供与性モノマーが関与する共重合反応など、交互になる自然な傾向を持つコモノマーから作ることができます。

周期性共重合体の図解

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勾配およびステレオブロック共重合体

勾配共重合体は、単量体含有量が主鎖全体で徐々に変化する単鎖共重合体です。ステレオブロック共重合体は、モノマーの立体規則性がポリマーの異なるブロックまたは単位によって異なる巨大分子です。ステレオブロック ポリマーは、特定の点で鎖を突然変更することによって作られます。

分岐コポリマー

分岐コポリマーは、その名前が示すように、モノマーが分岐構造で配置されているポリマーです。分岐ポリマーでは、主鎖から側鎖または枝が伸びます。ポリマーの主鎖と同じ繰り返し単位が側鎖と分岐を構成しています。重合中の副反応は分岐を引き起こします。分岐は、2 つ以上の末端基を持つモノマーで発生する可能性が高くなります。さまざまなタイプの分岐ポリマーは次のとおりです。

• グラフト共重合体

グラフト共重合体

グラフト共重合体は、異なる構造の主鎖と側鎖を持つ分岐共重合体です。グラフト共重合体は、分岐した分子構造を持っています。一見直鎖状の主鎖 (主鎖) には、さまざまな化学タイプの高分子側鎖 (グラフト) が結合しており、ほとんどの場合、それらはランダムに配置されています。

グラフト共重合体のイラスト

くし形共重合体

櫛形コポリマーは、化学的に異なる側鎖がグラフトされた主鎖 (または主鎖) を持つ複雑なポリマーです。セメントとコンクリート、石灰岩、シリカ、石膏、チタン酸バリウム、マグネシアはすべて、多様な懸濁液を安定させる分散剤として、陰イオン主鎖を持つくし型共重合体を使用しています。 IUPAC ゴールド ブックによると、くし型ポリマーは、くし型高分子で構成されるポリマーです。言い換えれば、それは主鎖の同じ側の側鎖で構成され、櫛のようなポリマーになります.

くし型共重合体のイラスト

ブラシ コポリマー

このタイプのポリマーの主鎖は、さまざまな点から側鎖に置き換えられ、ブラシのような外観になります。これらのポリマーは高密度です。

ブラシ コポリマーの図

星型共重合体

星形ポリマーは、中心コアから放射状に伸びる同じまたは異なる分子量の直鎖状アームを持つ三次元ハイパーブランチ ポリマーです。スター ポリマーの作成には、アーム ファーストまたはコア ファーストのアプローチを使用できます。

星型共重合体のイラスト

共重合は、製造されたプラスチックの特性を変更して、結晶化度の低下、ガラス転移温度の変更、湿潤性の制御、溶解性の向上などの特定の要件を満たす技術です。ゴム強化として知られるこの手順は、機械的品質を向上させます。剛性マトリックスに衝撃が加わると、マトリックス内のエラストマー相がクラック アレスターとして機能し、エネルギー吸収が増加します。一般的な例は、アクリロニトリル ブタジエン スチレンです。

結論:

ポリマーは、多数の繰り返し単位を含む巨大分子です。ポリマーは、その構造に応じて、線状ポリマーと分岐ポリマーに分類できます。分岐ポリマーと線状ポリマーの主な違いは、分岐ポリマーには分岐構造があるのに対し、線状ポリマーには線状構造があることです。線状ポリマーは、直線に配置された多くのモノマー単位で構成される高分子です。線状ポリマーは、繰り返し単位の単一の連続鎖で構成されています。

分岐ポリマーは、モノマーの重合から作られた高分子であり、分岐構造を持っています。