Что такое поликонденсация: механизм реакции, примеры и получаемые полимеры

Поликонденсация - что это такое? Подробно о реакции поликонденсации, механизме процесса, примерах полимеров и продуктах реакции. Экспертные материалы от специалистов центра ПолиЛаб.

Рынок продуктов, которые получают методом поликонденсации, в 2025 году демонстрирует устойчивый рост как на мировом, так и на российском уровнях. Согласно отчетам международных аналитических агентств, глобальный рынок полиэфиров, полиамидов и поликарбонатов растет в среднем на 5–7% ежегодно, чему способствуют широкое применение в упаковочной, автомобильной, строительной и медицинской отраслях.

Компания СИБУР в своем годовом отчете за 2024 год подтверждает увеличение спроса на эти материалы в России, особенно выделяя инновационные разработки в области вторичных полимеров и экологичных решений, таких как марка Vivilen, произведенная с применением технологии повторной переработки ПЭТФ. Важным трендом становится переход к устойчивому развитию, включающему использование биоразлагаемых и вторично перерабатываемых материалов, что стимулирует научные исследования и внедрение новых технологических процессов.

Механизм и основы

Поликонденсация — это тип реакции полимеризации, при котором мономеры с двумя или более функциональными группами взаимодействуют, образуя макромолекулы и выделяя малые молекулы, такие как вода, спирты или другие низкомолекулярные соединения. По сути, это ступенчатая реакция, где цепи постепенно нарастают за счет конденсации между активными группами.

Реакция поликонденсации, как правило, обеспечивается взаимодействием функциональных групп — карбоксильных (-COOH), гидроксильных (-OH), аминных (-NH2) и других. Особенность процесса в том, что он ведет к образованию полимеров с повторяющимися звеньями и побочными продуктами, которые нужно эффективно удалять для поддержания роста цепи основного продукта и увеличения молекулярной массы.

Например, в полиэфирной поликонденсации происходит взаимодействие диолов (с двумя -OH группами) с дикарбоновыми кислотами (-COOH), что приводит к образованию эфирных связей (–CO–O–) с выделением молекулы воды:

HO–R–OH + HOOC–R’–COOH → –OC–R’–COO–R–O– + H2O

Типы и виды поликонденсационных процессов

Поликонденсация подразделяется на равновесную, когда обратимые реакции способны возвращать продукт к мономерам, и неравновесную, при которой побочные продукты эффективно удаляются, сдвигая баланс в сторону образования полимеров высокой молекулярной массы.

В технологическом плане выделяют жидкофазную и твердофазную технологию.

• Жидкофазный процесс проводят при высоких температурах, когда все реагенты находятся в расплавленном или растворенном состоянии, что обеспечивает высокую скорость реакции и позволяет получать полимеры с максимальной молекулярной массой.
• Твердофазная поликонденсация происходит при температуре ниже температуры плавления полимера, что снижает скорость побочных реакций и позволяет улучшить кристалличность и механические свойства конечного материала.

Преимущества жидкофазной технологии: высокая производительность и короткое время цикла, однако требует строгого контроля температуры и давления. Твердофазная реакция более энергоэффективна и позволяет получать полимеры с равномерным распределением молекулярной массы, что важно для таких продуктов, как ПЭТФ марки Vivilen.

Что получают в результате реакции поликонденсации

В результате процесса образуются полимеры высокой молекулярной массы с определенной структурой и заданными свойствами, такими как устойчивость к термическому воздействию, механическая прочность и химическая стойкость. Условия полимеризации существенно влияют на молекулярное распределение, кристалличность и вязкоупругие свойства готовых полимеров.

Примеры продуктов поликонденсации

Поликонденсационные реакции лежат в основе производства ряда ключевых промышленных полимеров:

• Полиэфиры (ПЭТФ) — получаемые из этиленгликоля и терефталевой кислоты, широко применяют в производстве упаковки, пленок и волокон. СИБУР используют последовательно жидкофазную и твердофазную технологию для выпуска ПЭТФ марки Vivilen, включающей вторичные полимеры с сохранением высоких технических характеристик.
• Полиамиды — включая капролактам (Полиамид-6), который синтезируется путем открытия лактона с последующей поликонденсацией. Эти полимеры характеризуются высокой прочностью и устойчивостью к износу.
• Поликарбонаты — получаемые путем поликонденсации бисфенола А и дифеникарбоната нашли широкое применение в строительстве, автомобилестроении и медицине. Разработанные «СИБУР ПолиЛаб» марки PC 022URC, PC 006FR, PC 009FR и PC MG554B отвечают современным требованиям в своих сегментах рынка.
• Полиуретаны — получают поликонденсацией диолов и изоцианатов, широко используются в пенах, покрытиях и эластомерах.
• Фенолоформальдегидные смолы — термореактивные материалы, используемые в электроизоляции и композитных конструкциях, их производство также базируется на поликонденсационных реакциях между фенолом и формальдегидом.

Условия проведения поликонденсационных реакций

Поликонденсация обычно проводится при температурах от 200 до 280 °C, под вакуумом или при контролируемом снижении давления для эффективного удаления выделяющихся побочных продуктов. Катализаторы (кислоты, основания, металлоорганические соединения) увеличивают скорость реакции и помогают контролировать процессы полимеризации и роста цепей.

Отличия поликонденсации от полимеризации

Поликонденсация — ступенчатый процесс с выделением побочных продуктов, что требует специфической технологии удаления этих продуктов и специальных условий для достижения высокой молекулярной массы полимера. Цепная полимеризация, напротив, происходит без выделения малых молекул и характеризуется быстрым нарастанием цепи.

В производственной практике это означает различия в оборудованиях и процессах, где реакция поликонденсации требует тщательного контроля температуры, давления и степени удаления побочных продуктов, что влияет на качество и характеристики материалов.

Области применения

Полиэфиры марки Vivilen, произведенные с использованием технологии вовлечения вторичного сырья, успешно применяют в пищевой упаковке. Они сочетают прочность с экологической ответственностью. Поликарбонаты СИБУРа зарекомендовали себя в автомобилестроении, строительстве и производстве медицинских изделий, благодаря исключительному сочетанию прозрачности и ударопрочности.

Полиамиды и фенолоформальдегидные смолы востребованы в машиностроении, электронике и производстве износостойких деталей.

Тенденции устойчивого развития стимулируют разработку новых биоразлагаемых и вторично перерабатываемых полимеров, позволяющих интегрироваться в экономику замкнутого цикла, что входит в стратегию СИБУРа.

Заключение

Поликонденсация остается одним из ключевых методов синтеза высокотехнологичных полимеров, обеспечивая создание материалов с уникальными свойствами для широкого спектра применений. Развитие технологий, в том числе совершенствование процессов поликонденсации и внедрение вторичных сырьевых ресурсов, а также усиление роли экологии, формируют благоприятный рынок и перспективы роста.