主な違い – 連鎖成長重合とステップ成長重合
ポリマーは、モノマーと呼ばれる小さな単位が集まってできた巨大な分子です。
モノマーは、不飽和結合か、1分子に少なくとも2つの官能基を持つ分子です。
モノマーは互いに結合してポリマー鎖を形成する。
高分子鎖同士の相互作用により、巨大な高分子分子が形成される。
ポリマーの形成は重合と呼ばれる。
重合は主に、連鎖成長重合とステップ成長重合の2つの方法で行われる。
連鎖成長重合と段階成長重合の大きな違いは、連鎖成長重合が末端にポリマー鎖を成長させるのに対し、段階成長重合はオリゴマーが結合してポリマー鎖を形成することである。
連鎖成長重合とは
不飽和モノマーからポリマーを生成するプロセスを連鎖成長重合といいます。
連鎖成長重合は、ポリマー鎖の末端にモノマーを付加することから、付加重合とも呼ばれる。
モノマーは、成長するポリマー鎖の活性部位で、一度に1つずつ鎖に付着させる。
ポリマー鎖の成長は末端部でのみ起こる。
鎖の重合のステップは以下の通りです。
- 開始
- 伝播
- 終結 図: エチレンの重合。連鎖成長重合です。
連鎖成長重合は、使用する重合開始剤によって3種類に分類される。
- ラジカル重合 – 開始剤がラジカルであるもの
- カチオン重合 – 開始剤が酸/カチオンであるもの
- アニオン重合 – 開始剤が求核剤です。
ラジカル重合の進行部位は炭素ラジカルであるが、カチオン重合の進行部位はカルボカチオン、アニオン重合の進行部位はカルバニオンです。
ステップグロース重合とは
ステップグロース重合とは、2官能性または多官能性のモノマーからポリマーを生成することである。
ステップ成長重合は、縮合重合とも呼ばれる。
連鎖成長重合とは異なり、ここでのポリマー鎖は最初から形成されているわけではありません。
まず、2量体、3量体、4量体が形成される。
そして、これらのオリゴマーが互いに結合して長いポリマー鎖を形成する。
したがって、連鎖成長重合のように、ポリマー鎖の末端にモノマーが付着することはない。
図2: 段階的成長重合では、まずオリゴマーが形成され、それらが結合してポリマー鎖が形成される。
ステップグロース重合では、モノマーが少なくとも2つの異なる官能基で構成されているため、最初はポリマー鎖ではなくオリゴマーが形成される。
そのため、モノマーはいつでも互いに結合することができる。
図3: チェーングロース重合とステップグロース重合の比較
上のグラフは、2つの重合過程とポリマーの生成速度の関係を示している。
連鎖成長とステップ成長の重合の違い
定義
連鎖成長重合。
不飽和モノマーからポリマーを生成することで、連鎖成長重合という。
段階的重合。
二官能性または多官能性のモノマーからポリマーを形成する。
チェーングロース
連鎖成長重合。
連鎖成長重合では、モノマーを1つずつ付着させることで、最初にポリマー鎖が形成される。
ステップ成長重合。
ステップグロース重合：最初にオリゴマーを形成し、後に結合してポリマー鎖を形成する。
モノマーの種類
連鎖成長重合。
連鎖成長重合で使用されるモノマーは不飽和モノマーです。
ステップグロース重合。
ステップグロース重合で使用されるモノマーは、2官能または多官能モノマーです。
モノマーの損失
連鎖成長重合。
連鎖成長重合では、重合初期にモノマーが急激に失われることはない。
ステップ成長重合。
ステップ成長重合では、重合開始時にモノマーが急激に失われる現象が観察される。
アクティブサイト
連鎖成長重合。
連鎖成長重合では、ポリマー鎖の末端に活性部位が観察される。
ステップ成長重合。
ステップ成長重合では、すべてのモノマーが自ら活性を持つ。
イニシエーション
連鎖成長重合。
連鎖成長重合：モノマー分子の二重結合を切断するための開始剤を必要とする。
段階的重合。
重合開始剤を必要としない。
終了
連鎖成長重合。
連鎖成長重合：重合終了後、ポリマー鎖が成長しない。
ステップ成長重合。
ステップ成長重合では、重合終了を示さない。
反応混合物
連鎖成長重合。
連鎖成長重合では、モノマーとポリマーのみが観察される。
ステップ成長重合。
任意の分子（2量体、3量体、4量体、オリゴマーなど）が観察される。
結論
重合は非常に多くの産業で重要なプロセスです。
重合には、連鎖成長重合と段階的成長重合の2つの方法があります。
連鎖成長重合と段階成長重合の大きな違いは、連鎖成長重合はポリマー鎖の末端が成長するのに対し、段階成長重合はオリゴマーの組み合わせでポリマー鎖が形成されることです。
