Copolimeri: classificazione, copolimerizzazione

Per migliorare le prestazioni e le applicazioni dei polimeri sono stati sintetizzati i copolimeri partendo da due o più tipi di monomeri diversi. I copolimeri sono utilizzati in tutti i settori grazie alla loro capacità di essere ottimizzati per precise esigenze.

Possono essere progettati in modo selettivo e prevedibile per migliorare flessibilità, durata, resistenza chimica e una serie di altre caratteristiche specifiche, scegliendo la combinazione appropriata di monomeri e tecniche di polimerizzazione.

Durante il processo di polimerizzazione, i monomeri selezionati vengono combinati nel rapporto desiderato per creare il copolimero. La sequenza dei monomeri e la loro disposizione lungo la catena polimerica possono essere controllate per proprietà specifiche. 

Successivamente vengono generalmente utilizzati iniziatori (polimerizzazione per addizione) o catalizzatori (polimerizzazione per condensazione) per avviare e facilitare il processo di polimerizzazione. Il copolimero risultante dovrà solitamente essere sottoposto a fasi di purificazione per rimuovere eventuali monomeri, impurità o residui catalitici non reagiti. 

Infine, il copolimero viene caratterizzato per confermarne la composizione, il peso molecolare e le proprietà, spesso utilizzando tecniche quali: spettroscopia, cromatografia e diffrazione di raggi X.

Classificazione dei copolimeri

A seconda delle condizioni di reazione, del meccanismo e del tipo di catalizzatore usato, detti A e B rispettivamente due monomeri diversi, di possono ottenere vari tipi di copolimeri

1)      copolimero random o statistico

in cui le unità monomeriche si trovano legate secondo una distribuzione casuale come, ad esempio, -ABBAABABBABBBAA-

Come gli altri copolimeri possono avere proprietà interessanti e buone applicazioni migliori dei singoli omopolimeri. Un esempio commercialmente rilevante sono gomme realizzate da copolimeri stirene-butadiene

2)      copolimero alternati

in cui le unità monomeriche si trovano legate in modo regolare e in quantità equimolari come, ad esempio, – ABABABABABABAB-

3)      copolimeri a blocchi

in cui una sequenza di un tipo di monomero è alternata con una sequenza dell’altro monomero come, ad esempio, -AAAAABBBBBBBAAAAABBBBBBBBAAAAA-

4)      copolimero innestato o graft

in cui alla catene principale costituita dallo stesso tipo di monomero sono legate catene dell’altro monomero come, ad esempio, -AAAAAAA(BBBB)AAAAAAA(BBBBBB)AAAAA-

Copolimerizzazione per addizione

Copolimeri random si ottengono per copolimerizzazione di miscele equimolari di diversi monomeri.

La copolimerizzazione dello stirene con il metilmetacrilato procede in modo diverso a seconda del meccanismo.

Infatti se  la polimerizzazione avviene infatti per via radicalica si ottiene un copolimero random mentre se la polimerizzazione avviene per via cationica si ottiene prevalentemente il polistirene; la polimerizzazione anionica dà il polimetilmetacrilato.

Se le reattività dei monomeri sono diverse la composizione dl copolimero può essere influenzata dalla continua immissione di una miscela di monomeri.

La formazione di copolimeri alternati è favorita quando i monomeri hanno diversi sostituenti polari ed entrambi hanno reattività simile nei confronti dei radicali come nel caso di stirene e acrilonitrile.

Tra i copolimeri più noti ottenuti per addizione ricordiamo:

Monomero A

Monomero B

Copolimero

H2C=CHCl cloroetene H2C=CCl2  1,1-dicloroetene [-CH2-CCl2– ]n  poli(1,1-dicloroetene)
H2C=CHC6H5 feniletilene (stirene) H2C=CH-CH=CH2 1,3-butadiene Gomma stirene-butadiene (SBR)
H2C=CH-CN  2-propenitrile H2C=CH-CH=CH2 1,3-butadiene Poliacrilonitrile PAN ottenuto per la prima volta dalla IG Farben
H2C=C(CH3)2  2-metilpropene H2C=CH-CH=CH2 1,3-butadiene Gomma di butile

 

Molti copolimeri possono essere ottenuti da una spontanea polimerizzazione con un preciso controllo del peso molecolare. L’uso di opportuni iniziatori inoltre  fa sì che avvenga un processo radicalico come nel caso di polimeri random quando il rapporto tra la reattività dei rispettivi monomeri è uguale circa a uno.

Quelli innestati possono essere ottenuti da un monomero a basso peso molecolare e da un macromonomero. Le ramificazioni possono essere distribuite in modo omogeneo o eterogeneo a seconda del rapporto tra la reattività dei due monomeri

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