วิธีหนึ่งในการทำสิ่งนี้คือการสร้างห่วงโซ่ที่ยาวมาก (เรียกว่าโพลิเมอร์) จากชิ้นส่วนเล็กๆ (โมโนเมอร์); กระบวนการซึ่งคุณอาจไม่เคยได้ยิน แต่แน่นอนว่าในคลาสเคมีของคุณ ใช้คำว่า โพลิเมอร์ชนิดเพิ่มเติมและโพลิเมอร์ชนิดควบแน่น การเขียนบทความนี้จะพูดถึงว่าการรวมตัวของโพลิเมอร์แบบการรวมตัวคืออะไร ทำงานอย่างไร และผลิตภัณฑ์บางอย่างที่เราใช้งานในชีวิตประจำวัน — ทุกวัน โดยสุดท้ายแล้ว มันจะทำให้คุณเข้าใจมากขึ้น!
การรวมตัวของโพลิเมอร์แบบการรวมตัวเป็นกระบวนการเฉพาะที่ประกอบจากโมเลกุลเล็กๆ (โมโนเมอร์) เพื่อสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่โดยที่โมโนเมอร์แต่ละตัวจะเชื่อมต่อกันด้วยพันธะที่เกิดขึ้นระหว่างการก่อตัวของน้ำ สามารถปล่อย (หลั่งออก) โมเลกุลเล็กๆ เช่น น้ำ เป็นต้น เมื่อโมโนเมอร์เหล่านี้รวมตัวกันเพื่อสร้างโพลิเมอร์ นี่คือเหตุผลที่เราเพิ่มคำว่า "การรวมตัว" การรวมตัว–คำว่าการรวมตัวหมายความว่าสิ่งที่น้อยลงถูกปล่อยหรือละทิ้งไปในขณะที่โครงสร้างที่ใหญ่กว่าถูกสร้างขึ้น
ประเภทของ silicone stopper มีปฏิกิริยาโพลิเมอไรเซชันการควบแน่นหลายชนิด แต่กลไกที่พวกมันเกี่ยวข้องนั้นมีลักษณะคล้ายคลึงกัน เพื่อให้แนวคิดนี้ชัดเจนยิ่งขึ้น ลองนึกถึงโมโนเมอร์เพียงชนิดเดียวซึ่งส่วนที่รวมตัวกันสองส่วนดูคล้ายกับกรดคาร์บอกซิลิกและแอลกอฮอล์ การโพลิเมอไรเซชันกับโมโนเมอร์ชนิดที่สอง เช่น แอมไนน์และกรดคลอไรด์ เป็นวิธีที่โมโนเมอร์นี้ได้รับการผสมกับกลุ่มสเตอริกอื่นๆ เมื่อโมโนเมอร์ทั้งสองชนิดรวมตัวกัน จะเกิดปฏิกิริยาเคมี ปฏิกิริยานี้นำไปสู่การก่อตัวของโมเลกุลขนาดเล็ก เช่น น้ำ ภาพประกอบนี้เป็นวิธีหนึ่งที่โพลิเมอไรเซชันการควบแน่นสามารถเกิดขึ้นได้!
แม้ว่าการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่เกี่ยวข้องกับการโพลิเมอร์ไรเซชันโดยการควบแน่นอาจดูซับซ้อนสำหรับผู้ที่ไม่คุ้นเคยกับปฏิกิริยาอินทรีย์ แต่เราจะมาดูว่ามันทำงานอย่างไรผ่านตัวอย่างหนึ่ง — พอลิเอสเทอร์ คุณน่าจะพบพอลิเอสเทอร์บ่อยครั้งในรูปของวัสดุที่ใช้ในเสื้อผ้าและการบรรจุภัณฑ์ มีโมโนเมอร์ 2 ชนิดที่ใช้ในการสร้างพอลิเอสเทอร์: กรดคาร์บอกซิลิกและแอลกอฮอล์ โมโนเมอร์ทั้งสองชนิดนี้ทำปฏิกิริยากันเพื่อสร้างพันธะเคมีที่เรียกว่าพันธะเอสเทอร์
ปฏิกิริยานั้นเกิดขึ้นเมื่อกรดและแอลกอฮอล์เจอกัน เมื่อพวกมันทำปฏิกิริยากัน จะสร้างเอสเทอร์ และน้ำเป็นผลพลอยได้ ปฏิกิริยาแรกเรียกว่าปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชัน โมโนเมอร์ตัวที่สองถูกเพิ่มเข้าไปในโครงสร้างนี้และทำปฏิกิริยาที่สองตำแหน่งบนโมเลกุลตัวแรก การเพิ่มโมโนเมอร์เหล่านี้จะปล่อยน้ำออกมาอีกและช่วยให้เกิดการโพลิเมอร์ไรเซชันของเอสเทอร์เพื่อสร้างห่วงโซ่ยาว การทำซ้ำของกระบวนการนี้หลายครั้งจะสร้างห่วงโซ่โพลิเมอร์ขนาดใหญ่
โพลิเมอร์จากการควบแน่นสร้างขึ้นจากโมโนเมอร์ ซึ่งเป็นหน่วยย่อย ๆ ภายในโมโนเมอร์มีพื้นที่เฉพาะที่มีลักษณะแอมฟิฟิลิก สามารถโต้ตอบกับโมโนเมอร์อื่นเพื่อสร้างเป็นห่วงโซ่ได้ การเลือกโมเลกุลของโมโนเมอร์สามารถเปลี่ยนพฤติกรรมของผลิตภัณฑ์โพลิเมอร์สุดท้ายได้อย่างมาก หนึ่งในเหตุผลคือคุณสามารถใช้โมโนเมอร์ชนิดต่าง ๆ ได้ และสิ่งนี้จะกำหนดว่ามันจะแข็งแรงแค่ไหน หรือยืดหยุ่นมากกว่าเดิมหรือไม่ หรือทนความร้อนได้หรือไม่ เป็นต้น
เมื่อเปรียบเทียบกับการโพลิเมอร์ไรเซชันโดยการเติม (addition polymerization) การโพลิเมอร์ไรเซชันโดยการควบแน่นมีความหลากหลายมากกว่าในแง่ของคุณสมบัติและการใช้งาน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีโมเลกุลขนาดเล็กถูกปลดปล่อยออกมาในกระบวนการของการโพลิเมอร์ไรเซชันโดยการควบแน่น ทำให้มันน้อยกว่าในแง่ของประโยชน์สำหรับการผลิตโพลิเมอร์จำนวนมากเนื่องจากความยากลำบากในการควบคุมกระบวนการในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม