बहुलकीकरण
बहुलक रसायन विज्ञान में, बहुलकीकरण (अमेरिकी अंग्रेजी), या बहुलककरण (ब्रिटिश अंग्रेजी ), बहुलक श्रृंखला या त्रि-आयामी जाल तंत्र बनाने के लिए रासायनिक प्रतिक्रिया में मोनोमर अणुओं की एक साथ प्रतिक्रिया करने की एक प्रक्रिया है।[1][2][3] पोलीमराइजेशन के कई रूप हैं और उन्हें वर्गीकृत करने के लिए विभिन्न प्रणालियां उपस्थित हैं।
रासायनिक यौगिकों में, बहुलकीकरण विभिन्न प्रतिक्रिया तंत्रों के माध्यम से हो सकता है जो अभिकारकों में उपस्थित कार्यात्मक समूहों और उनके अंतर्निहित स्थैतिक प्रभाव के कारण जटिलता में भिन्न होते हैं।[3] अधिक सरल पोलीमराइज़ेशन में, एल्केनेस अपेक्षाकृत सरल मुक्त-कट्टरपंथी प्रतिक्रिया के माध्यम से पॉलिमर बनाते हैं; इसके विपरीत, कार्बोनिल समूह में प्रतिस्थापन से संबंधित प्रतिक्रियाओं के लिए अधिक जटिल संश्लेषण की आवश्यकता होती है, जिस तरह से अभिकारकों को पोलीमराइज़ किया जाता है।[3]अल्केन्स को पोलीमराइज़ भी किया जा सकता है, लेकिन केवल मजबूत एसिड की मदद से ऐसा किया जा सकता है ।[4]जैसा कि एल्केन्स कुछ हद तक सीधी कट्टरपंथी प्रतिक्रियाओं में पोलीमराइज़ कर सकते हैं, वे पॉलीथीन और पोलीविनाइल क्लोराइड (पीवीसी) जैसे उपयोगी यौगिक बनाते हैं।[3]जो हर साल उच्च टन भार में उत्पादित होते हैं[3]वाणिज्यिक उत्पादों, जैसे कि पाइपिंग, इन्सुलेशन और पैकेजिंग की निर्माण प्रक्रियाओं में उनकी उपयोगिता के कारण सामान्यतः,पीवीसी जैसे पॉलिमर को होमोपोलिमर के रूप में संदर्भित किया जाता है, क्योंकि उनमें एक ही मोनोमर इकाई की बार-बार लंबी श्रृंखलाएं या संरचनाएं होती हैं, जबकि एक से अधिक मोनोमर इकाई वाले पॉलिमर को सहबहुलक(या सह-पॉलिमर) कहा जाता है।[5]
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Homopolymers
Copolymers
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अन्य मोनोमर इकाइयाँ, जैसे कि फॉर्मलाडेहाइड हाइड्रेट्स या साधारण एल्डिहाइड, ट्रिमर (रसायन विज्ञान) बनाने के लिए काफी कम तापमान (ca. -80 °C) पर स्वत: को पोलीमराइज़ करने में सक्षम हैं;[3] तीन मोनोमर इकाइयों से युक्त अणु, जो चक्रीय संरचनाओं को बनाने के लिए चक्रीयकरण कर सकते हैं, या टेट्रामेर बनाने या चार मोनोमर-इकाई यौगिक के लिए आगे की प्रतिक्रियाओं से गुजर सकते हैं I [3] ऐसे छोटे बहुलकों को ओलिगोमर्स जाता है।[3]सामान्यतः, फॉर्मलाडेहाइड एक असाधारण प्रतिक्रियाशील इलेक्ट्रोफाइल है, यह हेमिसिएटल मध्यवर्ती के नाभिकस्नेही को जोड़ने की अनुमति देता है, जो सामान्य रूप से अल्पकालिक और अपेक्षाकृत अस्थिर मध्य-चरण यौगिकों में होते हैं जो अधिक स्थिर बहुलक यौगिकों को बनाने के लिए उपस्थित अन्य गैर-ध्रुवीय अणुओं के साथ प्रतिक्रिया करते हैं।
पॉलिमराइजेशन जो पर्याप्त रूप से नियंत्रित नहीं है और तेज दर से आगे बढ़ता है, बहुत खतरनाक हो सकता है। इस घटना को स्वत: त्वरण के रूप में जाना जाता है, और आग और विस्फोट का कारण बन सकता है।
स्टेप-ग्रोथ बनाम चेन-ग्रोथ पोलीमराइजेशन
स्टेप-ग्रोथ और चेन-ग्रोथ पोलीमराइजेशन प्रतिक्रिया क्रियाविधि के मुख्य वर्ग हैं। पूर्व को लागू करना अक्सर आसान होता है लेकिन स्टोइकोमेट्री के सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है। उत्तरार्द्ध अधिक मज़बूती से उच्च आणविक-भार पॉलिमर की पुष्टि करता है, लेकिन केवल कुछ मोनोमर्स पर लागू होता है।
कदम-वृद्धि
स्टेप-ग्रोथ (या स्टेप) पोलीमराइजेशन में, किसी भी लंबाई के अभिकारकों के जोड़े, प्रत्येक चरण में एक लंबे बहुलक अणु बनाने के लिए गठबंधन करते हैं। दाढ़ द्रव्यमान वितरण संख्या औसत दाढ़ द्रव्यमान धीरे-धीरे बढ़ता है। लंबी श्रृंखला प्रतिक्रिया में देर से ही बनती है।[6][7]
स्टेप-ग्रोथ पॉलिमर मोनोमर इकाइयों के कार्यात्मक समूहों के बीच स्वतंत्र प्रतिक्रिया चरणों द्वारा बनते हैं, आमतौर पर नाइट्रोजन या ऑक्सीजन जैसे विषम परमाणु होते हैं। अधिकांश स्टेप-ग्रोथ पॉलिमर को संघनन बहुलक के रूप में भी वर्गीकृत किया जाता है, क्योंकि पॉलिमर श्रृंखला के लंबे होने पर पानी जैसे छोटे अणु खो जाते हैं। उदाहरण के लिए, पॉलिएस्टर श्रृंखलाएं अल्कोहल (रसायन विज्ञान) और कार्बोज़ाइलिक तेजाब समूहों की प्रतिक्रिया से पानी के नुकसान के साथ एस्टर लिंक बनाती हैं। चूँकि , अपवाद हैं; उदाहरण के लिए पॉलीयुरेथेन पानी या अन्य वाष्पशील अणुओं के नुकसान के बिना आइसोसाइनेट और अल्कोहल बाइफंक्शनल मोनोमर्स से बने स्टेप-ग्रोथ पॉलिमर हैं, और संक्षेपण पॉलिमर के बजाय अतिरिक्त पॉलिमर के रूप में वर्गीकृत किए जाते हैं।
स्टेप-ग्रोथ पॉलिमर कम रूपांतरणों पर बहुत धीमी गति से आणविक भार में वृद्धि करते हैं और केवल बहुत उच्च रूपांतरण (यानी,> 95%) पर मध्यम उच्च आणविक भार तक पहुंचते हैं। पॉलीमाइड्स (जैसे, नाइलॉन) को वहन करने के लिए सॉलिड स्टेट पोलीमराइजेशन स्टेप-ग्रोथ पोलीमराइजेशन का एक उदाहरण है
श्रृंखला-विकास
चेन-ग्रोथ (या चेन) पोलीमराइजेशन में, एकमात्र चेन-एक्सटेंशन रिएक्शन स्टेप एक मोनोमर को एक सक्रिय केंद्र जैसे कि एक मुक्त मूलक , कटियन या आयन के साथ बढ़ती श्रृंखला में जोड़ना है। एक बार जब एक सक्रिय केंद्र के गठन से एक श्रृंखला की वृद्धि शुरू हो जाती है, तो श्रृंखला प्रसार सामान्यतः मोनोमर्स के अनुक्रम को जोड़कर तेजी से होता है। प्रतिक्रिया की शुरुआत से लंबी श्रृंखलाएं बनती हैं।[6][7]
चेन-ग्रोथ पोलीमराइजेशन (या अतिरिक्त पोलीमराइजेशन) में असंतृप्त मोनोमर्स को एक साथ जोड़ना विशेष रूप से कार्बन-कार्बन दोहरा बंधन युक्त शामिल है। नए सिग्मा बंध के निर्माण से पाई-बंध समाप्त हो जाता है। चेन-ग्रोथ पोलीमराइजेशन पॉलीइथाइलीन, पॉलीप्रोपाइलीन , पॉलीविनाइल क्लोराइड (पीवीसी) और एक्रिलाट जैसे पॉलिमर के निर्माण में शामिल है। इन मामलों में, एल्केन्स RCH=CH2 उच्च आणविक भार वाले अल्केन्स (-RCHCH2-)n में परिवर्तित हो जाते हैं (R = H, CH3, Cl, CO2CH3)
श्रृंखला वृद्धि पोलीमराइज़ेशन के अन्य रूपों में धनायनित जोड़ पोलीमराइज़ेशन और ऋणात्मक जोड़ पोलीमराइज़ेशन शामिल हैं। चेन-ग्रोथ पोलीमराइजेशन का एक विशेष मामला जीवित पोलीमराइजेशन की ओर जाता है। ज़िग्लर-नट्टा पोलीमराइज़ेशन ब्रांचिंग (बहुलक रसायन) के काफी नियंत्रण की अनुमति देता है।
चेन पोलीमराइजेशन के दौरान दीक्षा, प्रसार और समाप्ति दरों में हेरफेर करने के लिए विविध तरीकों का इस्तेमाल किया जाता है। इन प्रतिक्रियाओं के दौरान एक संबंधित मुद्दा तापमान नियंत्रण है, जिसे गर्मी प्रबंधन भी कहा जाता है, जो अत्यधिक एक्ज़ोथिर्मिक होते हैं। उदाहरण के लिए, एथिलीन के पोलीमराइजेशन के लिए, मोनोमर के प्रति मोल में 93.6 kJ ऊर्जा निकलती है।
जिस तरह से पोलीमराइजेशन किया जाता है वह एक अत्यधिक विकसित तकनीक है। विधियों में पायस पोलीमराइजेशन , समाधान पोलीमराइजेशन , निलंबन पोलीमराइजेशन और वर्षा पोलीमराइज़ेशन शामिल हैं। चूँकि बहुलक फैलाव और आणविक भार में सुधार किया जा सकता है, ये विधियां उत्पाद को विलायक से अलग करने के लिए अतिरिक्त प्रसंस्करण आवश्यकताओं को पेश कर सकती हैं।
फोटोपॉलीमराइजेशन
अधिकांश फोटोपॉलीमराइजेशन प्रतिक्रियाएं चेन-ग्रोथ पोलीमराइजेशन हैं जो दृश्यमान के अवशोषण या पराबैंगनी प्रकाश द्वारा शुरू की जाती हैं I [8] प्रकाश को या तो सीधे प्रतिक्रियाशील मोनोमर (प्रत्यक्ष फोटोपोलिमराइजेशन) द्वारा अवशोषित किया जा सकता है, या फिर एक फोटोसेंसिटाइज़र द्वारा जो प्रकाश को अवशोषित करता है और फिर मोनोमर को ऊर्जा स्थानांतरित करता है। सामान्यतः, केवल दीक्षा चरण एक ही मोनोमर के सामान्य थर्मल पोलीमराइजेशन से भिन्न होता है; बाद के प्रसार, समाप्ति और श्रृंखला-स्थानांतरण चरण अपरिवर्तित हैं।[6]स्टेप-ग्रोथ फोटोपॉलीमराइजेशन में, प्रकाश का अवशोषण दो कॉमोनोमर्स के बीच एक अतिरिक्त (या संक्षेपण) प्रतिक्रिया को ट्रिगर करता है जो प्रकाश के बिना प्रतिक्रिया नहीं करते हैं। एक प्रसार चक्र शुरू नहीं किया जाता है क्योंकि विकास के प्रत्येक चरण में प्रकाश की सहायता की आवश्यकता होती है।[9] फोटोपॉलीमराइजेशन का उपयोग फोटोग्राफिक या प्रिंटिंग प्रक्रिया के रूप में किया जा सकता है क्योंकि पोलीमराइजेशन केवल उन क्षेत्रों में होता है जो प्रकाश के संपर्क में आते हैं। एक राहत बहुलक छवि छोड़कर, अप्रतिबंधित मोनोमर को अनपेक्षित क्षेत्रों से हटाया जा सकता है।[6]3 डी प्रिंटिंग के कई रूप फोटोपॉलीमराइजेशन—जिसमें परत-दर-परत स्टीरियोलिथोग्राफी और टू-फोटॉन अवशोषण 3डी फोटोपॉलीमराइजेशन शामिल हैं।[10]डिजिटल माइक्रोमिरर डिवाइस का उपयोग करके जटिल संरचनाओं के निर्माण के लिए एकल दालों का उपयोग करते हुए मल्टीफोटोन पोलीमराइजेशन का भी प्रदर्शन किया गया है।[11]
यह भी देखें
- पार लिंक
- सीटू पोलीमराइजेशन में
- मेटालोसीन
- प्लाज्मा पोलीमराइजेशन
- पॉलिमर लक्षण वर्णन
- पॉलिमर भौतिकी
- प्रतिवर्ती जोड़-विखंडन श्रृंखला-स्थानांतरण पोलीमराइजेशन
- रिंग-ओपनिंग पोलीमराइजेशन
- अनुक्रम नियंत्रित पॉलिमर
- SOL-जेल
संदर्भ
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