Поликонденсация
Поликонденса́ция, синтез полимеров взаимодействием би- или полифункциональных мономеров и/или олигомеров, обычно сопровождаемый выделением низкомолекулярного продукта (чаще воды, спирта). Наряду с полимеризацией поликонденсация – один из важнейших методов получения полимеров. Поликонденсация применяется в производстве полиамидов, простых полиэфиров, сложных полиэфиров, полиимидов, полиуретанов, кремнийорганических полимеров, феноло-формальдегидных смол, эпоксидных смол и других промышленных полимеров. Процесс поликонденсации лежит в основе биосинтеза биополимеров (белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот и др.). Большой вклад в развитие теории и практики поликонденсационных процессов внесли российские учёные В. В. Коршак, Г. С. Петров, К. А. Андрианов, американские учёные У. Карозерс, П. Флори и др.
Поликонденсация – ступенчатый процесс, в котором взаимодействующие мономеры исчерпываются на ранних стадиях, а высокомолекулярный продукт формируется из образовавшихся олигомеров лишь при близкой к 100%-ной степени завершённости реакции. Мономеры для поликонденсации содержат в своём составе не менее двух, одинаковых или различных, активных групп (карбоксильных, аминных, гидроксильных, изоцианатных и др.). При функциональности мономера, равной 2, образуются линейные полимеры. В случае большего числа таких групп (чаще 3 или 4) хотя бы в одном из реагирующих мономеров обычно получаются трёхмерные, сетчатые полимеры. Для линейной поликонденсации необходимым условием образования полимера с высокой молекулярной массой является стехиометрическое соотношение реагирующих функциональных групп.
Различают равновесную (обратимую) и неравновесную (необратимую) поликонденсацию. Равновесная поликонденсация характеризуется существенным вкладом обратной и/или обменных реакций. Кроме них, большую (чаще негативную) роль в поликонденсации играют реакции внутримолекулярной циклизации как мономеров, так и образующихся олигомеров и полимеров. При описании кинетики поликонденсации, включающей бесконечное число актов роста полимерной цепи, используют следующие допущения: активности однотипных реакционноспособных групп бифункционального мономера одинаковы; активность одной функциональной группы бифункционального мономера не зависит от того, прореагировала или нет другая подобная группа; реакционная способность функциональной группы не зависит от размера молекулы, с которой она связана.
В отличие от полимеризации, при которой для формирования определённого полимера обычно может быть использован только один соответствующий мономер, поликонденсационные полимеры одинакового типа можно синтезировать из мономеров с самыми разнообразными функциональными группами. Поликонденсация – одно- или многостадийный процесс, который проводят при температурах от −30 до 300 °C в расплаве, растворе, твёрдой фазе или на границе раздела двух несмешивающихся фаз (чаще вода – органический растворитель), в каждой из которых растворено одно из исходных соединений, – т. н. межфазная полимеризация. Многостадийный синтез осуществляют: в одном реакторе с последующим выделением и очисткой образовавшегося полимера; периодическим способом – сначала получают промежуточный полимер, формуют из него целевой материал (плёнку, волокно, покрытие и т. п.), в котором проводят заключительную стадию образования полимера заданного строения (структуры). Для ускорения реакции используют различные приёмы, такие как активация функциональных групп (например, замена карбоксильных групп на хлорангидридные или сложноэфирные); применение активных реакционных сред (амидные растворители, ионные жидкости, сверхкритические среды); катализ (в том числе металлоорганическими соединениями), действие УЗ-волн, СВЧ-излучений и др. Всё большее распространение получает ферментативная поликонденсация с участием некоторых видов бактерий.
С целью оптимизации параметров переработки полимеров и свойств материалов из них необходимы полимеры с определённой (не обязательно сверхвысокой) молекулярной массой. Для регулирования молекулярной массы поликонденсацию проводят в присутствии небольших добавок соответствующих монофункциональных соединений. Синтез реакционноспособных олигомеров, применяемых в получении сшитых полимеров, проводят при избытке одного из бифункциональных мономеров. Поликонденсационные методы лежат в основе образования таких относительно новых типов высокомолекулярных соединений необычного строения, как дендримеры и сверхразветвлённые полимеры.
Исследования в области поликонденсации отражают наиболее актуальные тенденции химии и высоких технологий, включая как новые, в том числе создание полимерных интеллектуальных материалов, так и ставшие уже традиционными научные направления. Перспективно использование мономеров, получаемых из возобновляемого сырья, прежде всего растительного. В поликонденсационных процессах находят применение новые каталитические реакции (например, реакции Хека, Судзуки, Соногаширы). Вместо традиционных, весьма токсичных органических растворителей в качестве существенно более благоприятных реакционных сред всё более активно используют сверхкритический диоксид углерода и ионные жидкости. Для предотвращения загрязнения окружающей среды активизируется производство биоразлагаемых полимеров. Полимеры, ранее использовавшиеся в авиастроении и космической технике, находят применение в микро-, оптоэлектронике, мембранных, энергосберегающих, высокоэнергоёмких технологиях, водородной энергетике и т. п.