Поликонденсация

Поликонденсация - это способ получения полимеров, при котором длинная молекулярная цепь строится за счёт многократных реакций конденсации с отщеплением низкомолекулярного вещества. На каждом шаге две молекулы соединяются, выделяя воду, спирт или другое простое соединение, и постепенно из множества небольших звеньев вырастает крупный полимер.

Чтобы поликонденсация была возможна, исходные молекулы должны иметь не менее двух активных групп - например, две кислотные или одну кислотную и одну спиртовую. Тогда после соединения двух молекул у получившейся остаются свободные группы на концах, способные реагировать дальше, и цепь продолжает расти.

Это принципиально отличает поликонденсацию от полимеризации. При полимеризации мономеры просто присоединяются друг к другу без отщепления побочных продуктов, и масса полимера равна сумме масс мономеров. При поликонденсации часть массы уходит с выделяющимся низкомолекулярным веществом, которое нужно удалять.

Удаление побочного продукта - ключевое условие успеха. Поскольку реакция обратима, накопление воды в зоне реакции остановило бы рост цепей. Поэтому процесс ведут при нагреве и пониженном давлении, постоянно отгоняя воду, что позволяет цепям дорасти до большой длины и высокой молекулярной массы.

По механизму поликонденсации получают целый ряд важнейших полимеров. Полиэфиры, в том числе полиэтилентерефталат для бутылок и волокна, полиамиды, известные как нейлон и капрон, а также фенолформальдегидные, карбамидные и эпоксидные смолы - все они продукты поликонденсации.

Особенность поликонденсации в том, что высокая молекулярная масса достигается лишь к концу процесса, когда большинство мелких фрагментов уже соединилось. Поэтому даже небольшой избыток одного из реагентов или наличие примесей с одной активной группой могут ограничить рост цепей и снизить качество полимера.

Если же в реакцию ввести молекулы с тремя и более активными группами, цепи начинают соединяться не только в длину, но и поперёк, образуя пространственную сетку. Так получают неплавкие и нерастворимые материалы - реактопласты, например отверждённые эпоксидные и фенольные смолы.

Поликонденсацию проводят как в расплаве, так и в растворе, а иногда на границе двух несмешивающихся жидкостей. Каждый способ имеет свои преимущества: расплав удобен для крупнотоннажного производства, раствор позволяет работать с чувствительными веществами, а межфазный способ даёт высокую скорость.

Поскольку свойства готового полимера зависят от длины и строения цепей, поликонденсацией можно тонко управлять характеристиками материала. Подбирая исходные мономеры и условия, получают то прочное волокно, то прозрачный пластик, то твёрдую смолу, что делает этот метод одним из столпов современной полимерной химии.