Transcript Polymer Synthesis การสั งเคราะห์ พอลิเมอร์ ประเภทของการสั งเคราะห์ พอลิเมอร์  ปฏิกริ ิยาแบบขั้น (Step Polymerization) หรืออีกชื่อ คือ ปฏิกริ ิยาแบบควบแน่ น (Condensation Polymerization)  ปฏิกริ ิยาแบบลูกโซ่ (Chain Polymerization) หรืออีกชื่อคือ ปฏิกริ.

Polymer Synthesis
การสั งเคราะห์ พอลิเมอร์
ประเภทของการสั งเคราะห์ พอลิเมอร์

ปฏิกริ ิยาแบบขั้น (Step Polymerization) หรืออีกชื่อ คือ
ปฏิกริ ิยาแบบควบแน่ น (Condensation Polymerization)

ปฏิกริ ิยาแบบลูกโซ่ (Chain Polymerization) หรืออีกชื่อคือ
ปฏิกริ ิยาแบบเติม (Addition Polymerization)
ปฏิกริ ิยาแบบขั้น (Step
Polymerization)
 เริ่มต้ นจากมอนอเมอร์ ที่มีหมู่ฟังก์ชันต่ างกัน เช่ น –OH กับ -COOH
 มอนอเมอร์ จะหายไปอย่ างรวดเร็วโดยเกิดปฏิกริ ิยาเป็ นขั้น ๆ
 หนึ่งหน่ วยซ้าของพอลิเมอร์ มีจานวนอะตอมน้ อยกว่ าจานวนอะตอม
โดยรวมของมอนอเมอร์ เริ่มต้ น
 จากการควบแน่ นของมอนอเมอร์ สองตัว จะได้ ผลิตภัณฑ์ และอาจเกิดสาร
โมเลกุลเล็ก เช่ น นา้ HCl
 นา้ หนักโมเลกุลเฉลีย่ ของผลิตภัณฑ์ เพิม่ ขึน้ ตามเวลาที่ใช้ ในการสั งเคราะห์
ปฏิกริ ิยาแบบลูกโซ่ (Chain Polymerization)
 เริ่มต้ นจากมอนอเมอร์ ทมี่ ีพนั ธะคู่
 ปฏิกริ ิยาสั งเคราะห์ ต้องใช้ ตัวริเริ่มปฏิกริ ิยา (Initiator) เพือ่ ช่ วย
แตกพันธะคู่ของมอนอเมอร์
 หนึ่งหน่ วยซ้าของพอลิเมอร์ มีจานวนอะตอมเท่ ากับจานวนอะตอม
โดยรวมของมอนอเมอร์ เริ่มต้ น
 นา้ หนักโมเลกุลเฉลีย่ ของพอลิเมอร์ ไม่ ขนึ้ กับเวลาที่ใช้ ในการสั งเคราะห์
X
ความสั มพันธ์ ระหว่ างนา้ หนักโมเลกุลของพอลิเมอร์
และเวลาในการสั งเคราะห์
Step Polymerization
Chain Polymerization
ปฏิกริ ิยาการสั งเคราะห์ พอลิเมอร์ แบบขั้น
(Step Polymerization)
ตัวอย่ างหมู่ฟังก์ ชันในสารอินทรีย์
R -OH
– Alcohol
R -NH2
– Amine
O
R -C-OH
– Carboxylic acid
O
R -C-Cl
- Acid chloride
R -N=C=O
- Isocyanate
OH
- Phenol
ประเภทของสารอินทรีย์ทมี่ หี มู่ฟังก์ ชัน
สารอินทรีย์หนึ่งโมเลกุล
มีหมู่ฟังก์ชันหนึ่งหมู่
ตัวอย่ างโครงสร้ างทางเคมี
R NH2
มีหมู่ฟังก์ชันสองหมู่
O
R OH
R
C
OH
- หมู่ฟังก์ ชันทั้งสองเป็ นชนิดเดียวกัน
H2N
R NH2
O
O
HO
R
C
C
OH
- หมู่ฟังก์ ชันทั้งสองต่ างชนิดกัน
HO R NH2
มีหมู่ฟังก์ชันมากกว่ าสองหมู่
H2N
R NH2
NH2
O
HO
C
R
NH2
OH
HO R OH
OH
การสั งเคราะห์ พอลิเมอร์ จากสารเคมีทมี่ หี มู่ฟังก์ ชัน
• พอลิเมอร์ ไม่ สามารถสั งเคราะห์ จากสารเริ่มต้ นทีม่ ีหมู่ฟังก์ชันเพียงหมู่เดียวใน
หนึ่งโมเลกุล
O
R
OH + HO C
f = 1
เช่ น CH3OH
O
R1
f = 1
+ HOOC(CH2)4 CH3
R1
C
OR + H2O
Polymer
CH3OC(CH2)4CH3 + HOH
การสั งเคราะห์ พอลิเมอร์ จากสารเคมีทมี่ หี มู่ฟังก์ ชัน (ต่ อ)
• พอลิเมอร์ สามารถสั งเคราะห์ จากสารเริ่มต้ นทีม่ หี มู่ฟังก์ ชันต่ างชนิดกันมากกว่ า
หรือเท่ ากับสองหมู่ในหนึ่งโมเลกุล
1) สารเริ่มต้ นชนิดเดียว
nA-B
[AB]n
or
ABABAB
เช่ น HO(CH2)4COOH มีหมู่ฟังก์ ชัน “A” คือ “
OH”
และมีหมู่ฟังชัน“B” คือ “
COOH”
2) สารเริ่มต้ นสองชนิด
nA-A + nB-B
[AABB]n
or
AABBAABB
เช่ น HO(CH2)3OH มีหมู่ฟังก์ ชัน “A” คือ “-OH” ทาปฏิกริ ิยากับ
HOOC(CH2)4COOH มีหมู่ฟังชัน“B” คือ “-COOH”
กลไกการสั งเคราะห์ พอลิเมอร์ ในปฏิกริ ิยาแบบขั้น
monomer + monomer
dimer + monomer
dimer + dimer
dimer
trimer
tetramer
POLYMER
 จากกลไกการสั งเคราะห์ ข้างต้ น จะเห็นว่ า นา้ หนักโมเลกุลเฉลีย่
ของพอลิเมอร์ ขนึ้ กับเวลาทีใ่ ช้ ในการสั งเคราะห์
ตัวอย่ างพันธะเคมีจากปฏิกริ ิยาสั งเคราะห์ แบบขั้น
 พันธะเอสเทอร์ (ester linkage)
ตัวอย่ างพอลิเมอร์ จากปฏิกริ ิยาสั งเคราะห์ แบบขั้น
 พอลิเอสเทอร์
O
nHO
R1 OH
+ nHO
C
O
nHO
R1 O
C
R1 O
C
R2
C
OH
O
R2
O
H [O
O
C
OH + nH2O
(by product)
O
R2
C ]n OH
Polyester
ตัวอย่ างพอลิเอสเทอร์ ที่สาคัญ
ตัวอย่ างพันธะเคมีจากปฏิกริ ิยาสั งเคราะห์ แบบขั้น
 พันธะเอไมด์ (amide linkage)
O O
H2N R1 NH2 + HO C R2 C OH
O O
H2N R1 N C R2 C OH + HOH
H
ตัวอย่ างพอลิเมอร์ จากปฏิกริ ิยาสั งเคราะห์ แบบขั้น
พอลิเอไมด์
nH2N
R1 NH2 + nHO
O
H [NH R1 NH
O
O
C
R2 C
O
C R2 C ]n OH
Polyamide
OH
+ by product
ตัวอย่ างพอลิเอไมด์ ที่สาคัญ
 Polyhexamethyleneadipamide หรือชื่อทางการค้ า คือ nylon 6,6
มี R1 = - (CH2)6- และ R2 = - (CH2)4-
O
O
n H2N (CH2)6 NH2 + nHO C (CH2)4 C OH
O
O
H N (CH2)6 N C (CH2)4 C OH + by product
n
H
H
ตัวอย่ างพอลิเอไมด์ ที่สาคัญ
 Aramids หรือ aromatic polyamide มี R1 และ R2 เป็ นหมู่เบนซีน
 Aramids ทีส่ าคัญ มีชื่อทางการค้ า คือ “Kevlar” และ “Nomex”1
Kevlar
พันธะเอไมด์ ต่อกับหมู่เบนซีนทีต่ าแหน่ งที่ 1 และ 4 (
para-linkage)
ตัวอย่ างพอลิเอไมด์ ที่สาคัญ
Nomex
พันธะเอไมด์ ต่อกับหมู่เบนซีนทีต่ าแหน่ งที่ 1 และ 3 (
meta-linkage)
Kevlar ผสม Nomex-เป็ นองค์ ประกอบสาคัญสาหรับผ้ าป้ องกันไฟ
ปฏิกริ ิยาการสั งเคราะห์ พอลิเมอร์ แบบลูกโซ่
(Chain Polymerization)
พอลิเมอไรเซชันแบบลูกโซ่
พอลิเมอไรเซชันแบบลูกโซ่ (chain
polymerization)
[หรือเรียกว่า“พอลิเมอไรเซชันแบบเติม (Addition polymerization)]
โดยหลัก ๆ แล้วจะใช้ สาหรับสั งเคราะห์ พอลิเมอร์ จากมอนอเมอร์ ประเภท “ไวนิลมอนอ
เมอร์ (vinyl monomers)”
CH2= CH
Y
ไวนิลมอนอเมอร์และพอ
CH = CH
ลิเมอร์Yที่ได้
2
หมู่ Y
ชื่อมอนอเมอร์
H
เอทิลีน
( CH2- CH2)n
พอลิเอทิลีน
CH3
โพรพิลีน
( CH2- CH )n
CH3
พอลิโพรพิลีน
Cl
พอลิเมอร์ที่ได้
ไวนิลคลอไรด์ ( CH2- CH )n
Cl
ชื่อพอลิเมอร์
พอลิไวนิลคลอไรด์
กลไกการเกิดปฏิกริ ิยา
“ใช้ ตัวริ เริ่ มปฏิกริ ิ ยา (initiator) ในการเริ่ มต้ นปฏิกริ ิ ยาเสมอ”
ปฏิกริ ิยาแบ่ งออกเป็ น 3 ขั้นตอน:
1. ขั้นริเริ่มปฏิกริ ิยา (Initiation)
2. ขั้นแผ่ ขยายสายโซ่ (Propagation)
3. ขั้นสิ้นสุ ดปฏิกริ ิยา (Termination)
ขั้นริเริ่มปฏิกริ ิยา
1. ตัวริเริ่มปฏิกิริยาแตกตัวให้หมู่
RO OR
ว่องไวต่
อปฏิกิริยา
peroxide
2 RO
alkoxy radicals
่ ่องไวต่อปฏิกิริยาเปิดพันธะคู่
2. หมูว
RO +
ของมอนอเมอร์
ออก
H
H H
H
H
C=C
H
RO C C
H H
ขัน้ แผ่ขยายสายโซ่
H
H H
H
RO C C + C = C
H
H
H H
H H H H
RO C C C C
H H H H
(n-1)CH2= CH2
H H H H
RO C C C C
H H nH H
ขัน้ สิ้นสุดปฏิกิริยา
ขั้นสิ้นสุ ดปฏิกริ ิยาอาจเกิดโดย:
1. เกิดปฏิกริ ิยาการรวมตัว (combination reaction)
H H H H
H H H H
RO C C C C + C C C C OR
H H H Hn
H H nH H
H H H H H H H H
RO C C C C C C C C OR
H H nH H H H H H n
ขัน้ สิ้นสุดปฏิกิริยา (ต่อ)
2. เกิดปฏิกริ ิยาดิสพรอพพอชันเนชัน
(disproportionation reaction)
H H H H
H H H H
RO C C C C + C C C C OR
H H H Hn
H H nH H
H H H H
H H H
RO C C C C H + C C C C OR
H H nH H
H H H Hn
Step Polyn vs. Chain
n
Poly
1. มอนอเมอร์
Step polyn เริ่มต้ นจากมอนอเมอร์ ที่มีหมู่ฟังก์ชันต่างกัน
เช่ น –OH กับ -COOH
Chain polyn เริ่มต้ นจากมอนอเมอร์ ที่มีพนั ธะคู่
2.นา้ หนักโมเลกุลของหน่ วยซ้า
Step polyn หนึ่งหน่ วยซ้าของพอลิเมอร์ มีจานวนอะตอมน้ อยกว่ าจานวน
อะตอมโดยรวมของมอนอเมอร์ เริ่มต้ น
Chain polyn หนึ่งหน่ วยซ้าของพอลิเมอร์ มีจานวนอะตอมเท่ากับจานวน
อะตอมโดยรวมของมอนอเมอร์ เริ่มต้ น
Step Polyn vs. Chain
n
Poly
3. กลไกการเกิดปฏิกริ ิยา
Step polyn ปฏิกริ ิยาเกิดระหว่างหมู่ฟังก์ชันทีแ่ ตกต่ างกัน
ของมอนอเมอร์
Chain polyn ปฏิกริ ิยาสังเคราะห์ ต้องใช้ ตัวริเริ่มปฏิกริ ิยา (Initiator)
เพือ่ ช่ วยเปิ ดพันธะคู่ของมอนอเมอร์
Step Polyn vs. Chain Polyn
4. การเพิม่ ขึน้ ของนา้ หนักโมเลกุล
Step polyn นา้ หนักโมเลกุลเฉลีย่ ของ
ผลิตภัณฑ์ เพิม่ ขึน้ ตามเวลาที่ใช้ ในการ
สั งเคราะห์