ポリマー合成と添加剤の技術的考察

野菜からのプラスチック

もともと、プラスチック樹脂は、綿からのセルロース、オート麦の殻からのフルフラール、種子からの油、およびさまざまなデンプン誘導体を含む植物性物質から作られていました。合成成分から作られた最初のプラスチックの1つであるベークライト（フェノールホルムアルデヒド樹脂）は、1907年にニューヨークでベルギー生まれの化学者Leo Backelandによって開発されました。ベークライトは、フェノールとホルムアルデヒドの脱離反応によって作られます。もともとは、電気絶縁体、ラジオ、電話のケーシングの電気的非導電性と耐熱性のために使用されていました。見た目も良いので、ジュエリーなどの消費財にも使われています。しかし今日、ほとんどのプラスチックは天然ガスを含む石油化学製品から作られています。

ポリマー合成：プラスチックの製造方法

プラスチックは、炭素（C）、水素（H）、窒素（N）、塩素（Cl）、硫黄（S）などの元素を含む有機材料です。それらは通常、石油、天然ガス、石炭などの原材料から作られています。プラスチックを作る最初のステップは、モノマーと呼ばれる原材料の重合です。

クラッキングフェーズ

炭化水素は「分解段階」で加熱されます。このプロセスでは、触媒の存在下で、大きな分子がエチレン（エタン）C2H4プロピレン（プロパン）C ₃ などの小さな分子に分解されます。 H ₆ 、ブタンC ₄ H ₆ およびその他の炭化水素。生成されるエチレンの収率は、クラッキング温度によって制御され、850°Cの温度で30％を超える可能性があります。スチレンと塩化ビニルは、その後の反応で生成される可能性があります。

重合の2つの主なタイプは、付加反応と凝縮反応です。これらのプロセスは、気体、液体、場合によってはモノマーの固相で発生する可能性があります。

凝縮反応

凝縮反応 、2つの分子が結合して、水、アルコール、酸などの小分子が失われます。このタイプの反応では、モノマー1とモノマー2の両方に水素（H）とヒドロキシル基（OH）があります。それらが触媒と一緒になると、一方のモノマーは水素原子を失い、もう一方のモノマーはヒドロキシル基を失います。水素とヒドロキシル基が結合して水を作ります（H ₂ ）。残った電子はモノマー間に共有結合を形成し、コポリマーの長鎖を形成します。

得られたモノマーは、ポリマーと呼ばれる化学鎖に結合することができます。さまざまなポリマーは、それぞれが個別の特性と特性を持つさまざまなモノマーの鎖によって作成されます。可変性により、耐熱性、耐薬品性、強度などのアプリケーション要件を満たす製品に成形できるプラスチックが可能になります。

付加反応

付加反応 、二重結合を持つ電子はモノマー内で再配列され、他のモノマーと単結合を形成します。以下のエタン分子と塩素分子の付加反応は、ポリマーの形成を示しています。

H H Cl

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C =C + Cl –Cl→H― C ― C ― H

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H H H

ここでは、炭素原子間の二重結合が単結合になり、塩素原子が両端に追加されます。

添加剤

ベースポリマーが形成された後、特定の特性を改善するために化学添加剤を含めることができます。これらには、オゾンまたは酸素による劣化からポリマーを保護するための酸化防止剤、難燃剤、帯電防止添加剤、およびポリマーの柔軟性を高めるための潤滑剤が含まれます。さらに、柔軟性を向上させる可塑剤、太陽の紫外線による劣化を防ぐ紫外線安定剤、色を追加する顔料が含まれています。複合材料は、ガラス、カーボン、その他の繊維を樹脂に加えることで作成できます。プラスチックは、強酸、強塩基、アルカリに耐え、家具の火災を遅らせ、ベアリング用の潤滑剤を含み、熱帯の太陽に耐えることができるように配合することができます。

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