Niekontrolowana polimeryzacja to potencjalnie niebezpieczna reakcja, w której produkty chemiczne tworzą się z nadmierną prędkością, wytwarzając ciepło, które może prowadzić do wybuchu lub innych zagrożeń. Ponieważ polimeryzacja jest niezbędnym procesem wytwarzania wielu materiałów syntetycznych, chemicy przyjmują strategie, aby utrzymać bezpieczne reakcje i uniknąć niekontrolowanej polimeryzacji.
Monomery i polimery
Większość tworzyw sztucznych i wiele molekuł biologicznych należy do klasy związków chemicznych zwanych polimerami – długich łańcuchów tych samych jednostek chemicznych, powtarzających się w sposób ciągły. Każda jednostka w łańcuchu to cząsteczka zwana monomerem. Na przykład polistyren jest polimerem składającym się z wielu połączonych ze sobą cząsteczek styrenu. W tym przypadku monomerem jest styren.
Polimeryzacja
Do robić tworzywa sztuczne, proces chemiczny polega na połączeniu pojemnika substancji monomerowej z innymi chemikaliami, które inicjują proces polimeryzacji. Podczas reakcji monomery, które zwykle są same w sobie stabilne, łączą się ze sobą. Cząsteczki monomeru sklejają się w powtarzające się łańcuchy, tworząc polimery i trwają, dopóki w pojemniku nie wyczerpią się chemikalia inicjujące lub dostępne monomery. Powstały polimer zyskuje właściwości, takie jak wytrzymałość i elastyczność, których brakuje oryginalnemu monomerowi.
Niekontrolowana polimeryzacja
Niektóre reakcje polimeryzacji są egzotermiczne – co oznacza, że wydzielają ciepło. Idealnie, całkowite wytworzone ciepło jest małe i nieszkodliwie rozprasza się w pojemniku reakcyjnym. Jeśli jednak w grę wchodzi duża ilość monomeru, a reakcja jest silnie egzotermiczna, monomery mogą łączyć się zbyt szybko. W konsekwencji w naczyniu reakcyjnym narasta nadmierne ciepło i ciśnienie, stopiając sprzęt lub powodując wybuch.
Działania zapobiegawcze
Inżynierowie chemicy stosują różne metody, aby zapobiec niekontrolowanej polimeryzacji. Sprzęt może zawierać urządzenia mieszające, które pomagają rozbijać obszary, w których szybkość reakcji jest zbyt duża i rozpraszać ciepło przez mieszaninę. Chemik może dodać związki, zwane inhibitorami, aby celowo spowolnić reakcję, utrzymując szybkość poniżej punktu, w którym ucieka. Dodają również urządzenia awaryjne, które otwierają się automatycznie, jeśli ciśnienie reakcji przekroczy bezpieczną wartość. Składniki te zapobiegają gwałtownemu wybuchowi naczynia reakcyjnego.