Кіріспе
Тірі полимерлеу – полимер тізбегінің тоқтау қабілетінен айырылған тізбектік өсу полимерлеуінің бір түрі. Мұны әртүрлі жолдармен жүзеге асыруға болады. Тізбекті тоқтату және тізбектік ауысу реакциялары болмайды, ал тізбекті бастау жылдамдығы тізбектік таралу жылдамдығынан әлдеқайда жоғары болады. Нәтижесінде полимер тізбектері дәстүрлі тізбектік полимерлендіруге қарағанда тұрақтырақ жылдамдықпен өседі және олардың ұзындығы өте ұқсас болады (яғни, полидисперсиялық индексі өте төмен). Тірі полимерлеу – блок-кополимерлерді синтездеудің танымал әдісі, себебі полимерді әр түрлі мономерлерді қамтитын кезеңдерде синтездеуге болады. Қосымша артықшылықтары – алдын ала анықталған молярлық масса және тізбек соңғы топтарын бақылау. Тірі полимерлеу макромолекулалық синтезде дәлдік пен бақылау мүмкіндігін ұсынатындықтан қажет. Бұл маңызды, өйткені полимерлердің көптеген жаңа/пайдалы қасиеттері олардың микроқұрылымы мен молекулалық салмағынан туындайды. Молекулалық салмақ пен дисперсия тірі емес полимерлендірулерде жақсы бақыланбайтындықтан, бұл әдіс материалдарды жобалау үшін тиімдірек. Бұл полимер химиясындағы маңызды қадам болды, себебі полимердің тоқтатылуы немесе сөндірілу уақытын бақылау, әдетте, бақыланатын қадам емес еді. Осы жаңалықпен бірге, қолдану мүмкіндіктерінің тізімі күрт кеңейді. Бүгінде тірі полимерлендіру полимерлер мен пластиктердің көптеген түрлерін өндіруде кеңінен қолданылады. Мысалы, 1967 жылы алғаш рет жасалған полифталальдегид полимерін тірі катиондық және тірі аниондық полимерлендіру реакциялары арқылы синтездеуге болады, бұл полимердің тиісінше циклдік немесе сызықтық формасын береді. Бұл тәсіл полимердің химиялық құрамын, демек, материалдың құрылымдық және электрондық қасиеттерін бақылауға мүмкіндік береді. Мұндай бақылау деңгейі тірі емес полимерлендіру реакцияларында сирек кездеседі. Өсу тізбегінің ұзақ өмір сүру мерзімі коблок-полимерлердің түзілуіне және тірі тізбекте соңғы топтардың функционализациялануына мүмкіндік береді. Бұл факторлар сонымен қатар молекулалық салмақты болжауға мүмкіндік береді, ол сандық орташа молекулалық салмақ (Mn) ретінде көрсетіледі. Идеалды тірі жүйе үшін белсенді түрлерді өндірудің тиімділігі 100% болғанда, әрбір инициатор тек бір белсенді түрді ғана өндірсе, қалған мономердің концентрациясын білу арқылы кинетикалық тізбек ұзындығын (активті түрдің өмір бойы реакцияға түсетін мономерлердің орташа саны) бағалауға болады. Тірі полимерлендіру кезінде сандық орташа молекулалық салмақ Mn, конверсия пайызбен сызықтық түрде өседі. Нафталин анионы стиролді радикал-анионға дейін тотықсыздандыру арқылы полимерлендіруді бастайды, ол дилитиодифенилбутанға дейін димеризацияланады, содан кейін полимерлендіруді бастайды. Бұл тәжірибелердің нәтижесінде Шварцтың жоғары реактивті органометалл аралықтарын жоятын қоспалардың деңгейін бақылау қабілетіне байланысты болды.
In polymer chemistry, living polymerization is a form of chain growth polymerization where the ability of a growing polymer chain to terminate has been removed. This can be accomplished in a variety of ways. Chain termination and chain transfer reactions are absent and the rate of chain initiation is also much larger than the rate of chain propagation. The result is that the polymer chains grow at a more constant rate than seen in traditional chain polymerization and their lengths remain very similar (i. e. they have a very low polydispersity index). Living polymerization is a popular method for synthesizing block copolymers since the polymer can be synthesized in stages, each stage containing a different monomer. Additional advantages are predetermined molar mass and control over end groups. Living polymerization is desirable because it offers precision and control in macromolecular synthesis. This is important since many of the novel/useful properties of polymers result from their microstructure and molecular weight. Since molecular weight and dispersity are less controlled in non living polymerizations, this method is more desirable for materials design This was a major step in polymer chemistry, since control over when the polymer was quenched, or terminated, was generally not a controlled step. With this discovery, the list of potential applications expanded dramatically. Today, living polymerizations are used widely in the production of many types of polymers or plastics. For instance, poly(phthalaldehyde) polymer, first developed in 1967, can be synthesized via both living cationic and living anionic polymerization reactions producing both the cyclic or linear form of the polymer respectively. The approach offers control of the chemical makeup of the polymer and, thus, the structural and electronic properties of the material. This level of control rarely exists in non living polymerization reactions. The extended lifetime of the propagating chain allowing for co block polymer formation and end group functionalization to be performed on the living chain. These factors also allow predictable molecular weights, expressed as the number average molecular weight (Mn). For an ideal living system, assuming efficiency for generating active species is 100%, where each initiator generates only one active species the Kinetic chain length (average number of monomers the active species reacts with during its lifetime) at a given time can be estimated by knowing the concentration of monomer remaining. The number average molecular weight, Mn, increases linearly with percent conversion during a living polymerization
The naphthalene anion initiates polymerization by reducing styrene to its radical anion, which dimerizes to the dilithiodiphenylbutane, which then initiates the polymerization. These experiments relied on Szwarc's ability to control the levels of impurities which would destroy the highly reactive organometallic intermediates.
Тірі катиондық полимерлеу
Тірі катиондық полимерлеуге арналған мономерлер винил эфирлері, изобутилен, стирол және N-винилкарбазол сияқты электронға бай алкендер болып табылады. Инициаторлар – электрофил және Льюис қышқылынан тұратын екілік жүйелер. Бұл әдіс 1980 жылдар шамасында Хигашимура, Савамото және Кеннеди еңбектерінің нәтижесінде жасалды. Көптеген жағдайларда, тұрақты карбокатионды ұзақ уақыт бойы сақтау қиын, себебі катион полимер тізбегіндегі немесе еркін мономердегі β-протонмен сөндірілуі мүмкін. Сондықтан, басқа тәсіл қолданылады. Алайда, осы мысалда сипатталған полимерлер техникалық тұрғыдан алғанда толыққанды тірі полимерлер емес екенін ескеру қажет, себебі оларға «ұйыққан» күй енгізілген, яғни полимерлену тоқтатылмаған, тек баяулатылған (бірақ бұл мәселе әлі де талқыланып жатыр). Дегенмен, олардың жұмыс істеу принципі нақты тірі полимерленуге ұқсас, және олар соған ұқсас қолданыстарда пайдаланылады.
Қолданбалар
Тірі полимерлеу көптеген полимерлердің коммерциялық синтезінде қолданылады.
Кополимер синтезі және қолдануы
Кополимерлер – бірнеше түрлі мономер түрлерінен тұратын полимерлер, олардың орналасу тәртібі әртүрлі болуы мүмкін, ал төмендегі суретте олардың үш түрі көрсетілген. Кезектесетін кополимерлер, тармақты кополимерлер және стереоблокты кополимерлер сияқты басқа да түрлері бар, бірақ бұл үш түрі ғылыми әдебиеттерде көбірек кездеседі. Бұл материалдың ерекше қасиеті – сополимер синтезіндегі полистирол (ПС) пен полиметилметакрилат (ПММА) арақатынасын өзгерту арқылы тесіктердің (немесе ПММА цилиндрлерінің) мөлшерін оңай реттеуге болады. Бұл, тірі полимерлеу реакцияларының оңай басқарылуының арқасында мүмкін болады, сондықтан да бұл әдіс катализ, электроника сияқты салаларда әртүрлі материалдарды наноөлшемде үлгілеу үшін кеңінен қолданылады.