פלמור

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש


פִּילְמוּראנגלית: Polymerization) הוא תגובה כימית שבמהלכה מתחברים מונומרים לשרשראות מולקולריות ארוכות לקבלת פולימר.

יישומם של תהליכי פילמור, הם ממוקדי העיסוק החשובים והעיקריים של התעשייה הכימית העולמית, והם הבסיס לייצורם של כל חומרי הפלסטיק המשמשים את האדם.

תגובות הפילמור מתחלקות לשני סוגים עיקריים: פילמור דחיסה, ופילמור סיפוח.

בתעשייה הכימית, ניתן לפלמר מונומרים מסוימים בשתי השיטות, ולקבל בכל אחת מהן, פולימר בעל תכונות ומאפיינים שונים. על כן, נודעת חשיבות רבה לבחירת תהליך הפילמור.

שיטת הפילמור מכתיבה את אורך השרשרת שתתקבל, את המסה המולקולרית הממוצעת לפולימר ואת חלוקת הגדלים היחסית של הפולימר. אלו ישפיעו על רמת הגבישיות, ומכאן גם על תכונותיו הפיזיקליות והמכניות של הפולימר, כגון: טמפרטורת היתוך, קשיותאלסטיות ועוד.

חומרי הגלם - המונומרים[עריכת קוד מקור | עריכה]

חומרי הגלם של תהליך הפילמור הם המונומרים - אבני הבניין של הפולימר. כמעט כל המונומרים הקיימים הם תרכובות אורגניות המבוססות על פחמן ומימן, ולעתים קרובות גם: חמצן, חנקן, גופרית, כלור, פלואור וצורן. המקור של רוב המונומרים הללו, הוא מהתעשייה הפטרוכימית - העוסקת בהפקה וייצור של כימיקלים מדלקים מאובנים, בעיקר מנפט, אך גם מגז טבעי ומפחם.

חלק מהמונומרים, הם כאמור, תרכובות המתקבלות ישירות מתהליכי הזיקוק והפיצוח של נפט גולמי (או דלקים אחרים).

מונומרים אחרים, עשויים להתקבל על ידי עיבוד נוסף של תרכובות פטרוכימיות (כגון אלקנים), עם כימיקלים אחרים, כגון עם אמוניה (לקבלת נגזרות אמין), חומצה גופרתית או זרחתית (לקבלת כהלים) וכו'.

פלמור על ידי סיפוח[עריכת קוד מקור | עריכה]

מודל כללי של פילמור סיפוח

פילמור על ידי סיפוח (נקרא גם: פילמור גידול בשרשרת) היא שיטה לחיבור של מונומרים המכילים קשר כפול (כמו c=c). בתהליך זה, הקשר הכפול נפתח אגב סיפוח ובמקומו נוצרים קשרים קוולנטים בין המונומרים. תהליך זה הוא אקסותרמי תמיד. בתהליך זה, סיפוחם של המונומרים נעשה בזה אחר זה עד גמר המונומרים, על כן התהליך נקרא - פילמור גידול בשרשרת.

בפילמור סיפוח, מאזן האטומים נשאר כשהיה, כלומר הרכב האטומים ביחידה החוזרת זהה להרכב במונומר.

פילמור הסיפוח התגלה באקראי בשנת 1933, כשמדענים ניסו לבחון את התנהגותו של גז האתן בתנאים חריפים: בטמפרטורה של כ-200 מעלות צלזיוס, ובלחץ של 2,000 אטמוספירות, וקיבלו - בתגובה אטית, מוצק, פולימרי, דמוי שעווה: פוליאתן (ובשמו המסחרי - פוליאתילן). [1]

ניסויים נוספים בפילמור האתן לימדו, שאפשר להקל בתנאים ולהאיץ את התגובה על ידי הוספת כמות קטנה של יזם (איניציאטור): חומר מתאים, הפותח את הקשר הכפול ומפעיל, בדרך של תגובת שרשרת, את הפילמור כולו (חלקיקי היזם נשארים קשורים בקצוות השרשרות).

לפי אופיו של היזם נקבע מנגנון הפילמור כמנגנון יוני או כמנגנון רדיקלי.

באופן כללי, ככל שכמות היזם גדלה, מהירות הפילמור גדולה יותר, והפולימר המתקבל יהיה בעל מסה מולרית ממוצעת קטנה, ובעל שרשרות קצרות ומסועפות יחסית.

מנגנון רדיקלי[עריכת קוד מקור | עריכה]

מתבצע בנוכחות יזם רדיקלי, כלומר מולקולה בעלת אלקטרון חופשי כדוגמת CR_2O \cdot. האלקטרון החופשי של היזם מגיב עם הקשר הכפול, ומתחבר אליו, תוך יצירה של יזם רדיקלי נוסף הממשיך את התהליך, לדוגמה:

CR_2O \cdot + CH_2=CH_2 \rightarrow CR_2 - O - CH_2 - CH_2 \cdot

החיסרון בתהליך זה הוא שהפולימר הנוצר מורכב מהסתעפויות רבות, ולכן הוא אמורפי ורך.

בתרשים: מנגנון פילמור רדיקלי של וניל על ידי יזם המבוסס על תרכובות אורגנו-מתכתית.

Cobalt mediated radical polymerization.svg

מנגנון יוני[עריכת קוד מקור | עריכה]

מתבצע באמצעות זרז קטיוני או אניוני. כל מונומר מצטרף לקצה הפולימר ולא יכול לבצע הסתעפויות. כך נוצרות מולקולות ארוכות ולא מסועפות, ולכן קשות יותר ויציבות.

בתרשים: מנגנון פילמור קטיוני של וניל הלוגן על ידי זרז קטיוני אלקטרופילי (חומצה).

KationischeKettenpolymerisation Start.svg
KationischeKettenpolymerisation Wachstum.svg

בתרשים: מנגנון פילמור אניוני של ציאנו-אקרילט על ידי זרז אניוני נוקלאופילי.

Cyanacrylat polymerisation.svg

פלמור על ידי דחיסה[עריכת קוד מקור | עריכה]

פילמור על ידי דחיסה (נקרא גם: פילמור עיבוי, או פילמור גידול בשלבים) היא שיטה לחיבור של מונומרים המכילים שתי קבוצות פונקציונליות. במהלך פילמור דחיסה, המונומרים מתחברים ביניהם תוך פליטה של מולקולה קטנה אל מערכת הפילמור (כגון: מיםכוהלHCl ועוד - תלוי בסוג המונומר). בפילמור דחיסה, הרכב האטומים ביחידה החוזרת אינו זהה להרכב במונומר.

תהליך הפילמור בדחיסה נעשה בשלבים, תחילה נוצרות מולקולות קצרות, ולאחר מכן המולקולות הקצרות מתחברות למולקולות ארוכות יותר, וכך הלאה - עד לסיום הגבתם של כל המונומרים. לכן השיטה נקראת - פילמור בשלבים.

כדי להפסיק את תהליך הפילמור מוסיפים מולקולה בעלת קבוצה פונקציונלית אחת, המסוגלת להתפלמר לשלד השרשרת בקצה אחד בעוד הקצה השני לא מסוגל לעבור תגובת דחיסה.

בתרשים: מנגנון פילמור דחיסה של דו-כוהל ודו-אמין לקבלת ניילון (תוך יציאה של מולקולת מים - תוצר הדחיסה).

CondensationPolymerization Nylon.svg

בתרשים: מנגנון פילמור דחיסה של דו-חומצה קרבוקסילית ודו-כוהל לקבלת פוליאסטר (תוך יציאה של מולקולת מים - תוצר הדחיסה) - תגובת איסטור.

CondensationPolymerization Polyester.svg

השוואה בין פילמור סיפוח לפילמור דחיסה[עריכת קוד מקור | עריכה]

פילמור סיפוח פילמור דחיסה
המונומר מכילה לפחות קשר כפול אחד כל מולקולת מונומר מכילה לפחות שתי קבוצות פונקציונליות
מנגנון הגדילה גידול בשרשרת גידול בשלבים
מבנה השרשראות שמתקבל שרשרות ישרות ומסועפות שרשרות ישרות
דרגת הפילמור הממוצעת נקבעת בהתאם לכמות היזם, כמות המונומר, ותנאי הפילמור. כמו כן, ניתן להגיע לדרגות פילמור גבוהות ולהתפלגות מסה צרה. לא ניתנת לקביעה מראש. התפלגות המסה המולרית לרוב רחבה.
מאזן אטומים הרכב האטומים ביחידה החוזרת זהה להרכב במולקולת המונומר. הרכב האטומים ביחידה החוזרת אינו זהה להרכב במולקולת המונומר, וזאת לאור שחרור של מולקולה קטנה אל מערכת הפילמור (תוצר הדחיסה).

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ אילן לולב, מקרומולקולות, המחלקה להוראת המדעים, מכון ויצמן למדע