“Molecule of the Week” layihəsi çərçivəsində Nəzrin Qasımova tərəfindən yazılan məqalə: “Polivinil Spirti”.
Ümumi formulu: [CH2CH(OH)]n. və ya (C2H4O)x
Polivinil spirti ilk dəfə 1924-cü ildə Almaniyada Hermann və Hehnel tərəfindən polivinilasetatın kalium hidroksid iştirakı ilə etanolda hidrolizi üsulu ilə alınmışdır.
Bir çox yüksək molekullu birləşmələr polimerləşmə reaksiyalarında kiçik molekullu birləşmələrdən sintez olunurlar. Lakin elə yüksək molekullu birləşmələr də vardır ki, onları birbaşa monomerlərdən sintez etmək mümkün deyil. Belə polimerlərdən biri də polivinil spirtidir. Polivinil spirtinin elementar quruluş vahidlərinə uyğun gələn vinil spirti monomeri sərbəst halda mövcud deyildir. Vinil spirti monomeri asetaldehidin enol-tautomeri olub, dərhal asetaldehidə çevrilir. Odur ki, polivinil spirti vinil spirti monomerinin polimerləşməsindən deyil, polivinil efirlərinin hidrolizi yolu ilə sintez olunur.
Fiziki xassələri: Polivinil spirti iysiz və dadsız, əsasən yarımşəffaf, ağ rəngli tozdur.
Ərimə nöqtəsi 200 °C-dir, qaynama temperaturu 228 °C-dir.Sıxlığı 1,19 q/sm³. Suda həll olur.
Sintezi: Hal-hazırda polivinil spirti bir çox üsullarla sintez olunur. Bu üsullara misal olaraq polivinil mürəkkəb efirlərinin kiçikmolekullu alifatik spirtlərdə bundan başqa, turşuların və ya qələvilərin iştirakı ilə alkoholizini və polivinil efirlərinin su ilə hidrolizini qeyd etmək olar. Bununla belə, sənayedə polivinil spirti polivinil asetatdan ardıcıl proseslər nəticəsində alınır. Asetat qrupları susuz natrium metilat, yaxud sulu natrium hidroksid iştirakı ilə metanolla efir çevrilmələrində hidroliz olunur. Onun fiziki xassələri polimerləşmə dərəcəsi, və eləcə də, hidroliz dərəcəsindən asılıdır. Bu baxımdan polivinil spirti iki yerə ayrılır: qismən hidroliz olunmuş və tam hidroliz olunmuş.
Ümumiyyətlə, hidroliz dərəcəsindən və istehsal olunduğu regiondan asılı olaraq polivinil spirti müxtəlif adlarla tanınır. Bunlardan bəziləri aşağıdakılardır: Elvanol (Dupont), Movlol və Poval (Kuraray), Etenol, Poliviol, Vinol, Alvil, Alkoteks, Kovol, Gelvalol, Lemol, Moviol. Polivinil spirti üçün həmçinin aşağıdakı qısa adlar da işlədilir: PVA, PVAL, PVOH [3]. Polivinil spirti təbii məhsul deyil. O, sintetik polimerdir.
Reaksiyanın mexanizminə və xüsusiyyətinə nəzər saldıqda məlum olur ki, bu reaksiya zamanı polimerin polimerləşmə dərəcəsi dəyişmir. Çevrilmə elementar quruluş vahidlərində olan funksional qrupların kiçikmolekullu birləşmə ilə qarşılıqlı təsiri nəticəsində baş verir. Beləliklə, polimer makromolekulunun əsas zəncirində kimyəvi rabitələr qırılmır, deməli, bu reaksiya polimeranoloji çevrilmə reaksiyalarındandır.
Eyni zamanda, onu da qeyd edək ki, reaksiya zamanı polivinil asetat hidrolizə uğrayır. Əlbəttə, hidroliz reaksiyasına əsasən neytrallaşma və efirləşmə (esterləşmə) reaksiyalarının məhsulları uğrayırlar, lakin bu reaksiya suyun iştirakı ilə gedir. Buradan belə nəticəyə gəlmək olar ki, hidroliz bu reaksiya üçün dəqiq yox ümumi addır. Lakin tədqiq olunan çevrilmə reaksiyası transesterləşməyə (yenidən efirləşməyə) aid oluna bilər. Məlumdur ki, yenidən efirləşmə spirtlərlə mürəkkəb efirlər arasında baş verən reaksiya olub, efir molekulunda oksigen atomu ilə əlaqədə olan radikalın spirt molekulundakı üzvi radikalla mübadiləsi nəticəsində yeni spirt və efirin alınması ilə gedir. Verilmiş reaksiyada isə polivinil asetat, yəni polivinil efiri metil spirti ilə reaksiyaya daxil olub, yeni spirt – polivinil spirti və yeni efir – metil asetat əmələ gətirir. Bununla belə bəzi müəlliflər bu reaksiyanı sabunlaşma kimi izah edirlər. Halbuki, sabunlaşma reaksiyasının son məhsullarından biri spirt olsa da, başlanğıc maddələr efir və sudur. Verilmiş reaksiyada isə başlanğıc maddələrdən biri efir (polivinilasetat) olsa da, digəri su deyil, spirtdir. Digər tərəfdən isə spirt iştirakı ilə yan qrupların parçalanması getdiyindən, bu reaksiyanı alkoholiz kimi də qələmə verirlər ki, bu anlayış isə daha çox polikondensləşmə zamanı əlavə maddə kimi ayrılan spirtlərin iştirakı ilə polimerlərin destruksiyasını təsvir etmək üçün işlədilir. Odur ki, verilən variantlar içərisində transesterləşmə (yenidən efirləşmə) daha münasibdir.
Reaksiyanı ümumi şəkildə yazsaq:
Polivinil asetatdan polivinil spirtinin alınması reaksiyası polimeranoloji çevrilmə olduğundan onun zəncirinin quruluşu dəyişmir. Belə ki, ataktik quruluşa malik olan polivinilasetatdan alınan polivinil spirti də ataktik quruluşa malik olur.
Həmçinin, polivinilasetatın elementar quruluş vahidlərinin birləşmə qaydasına uyğun olaraq polivinil spirtində də elementar quruluş vahidləri əsasən “baş-quyruğa” ardıcıllığı ilə birləşmiş olurlar. Bununla yanaşı makromolekullarda 1-2% “baş-başa” birləşmə də müşaiət olunur.
Makromolekulyar zəncirin quruluşunun eyni olmasına baxmayaraq polivinil spirti faza halına görə polivinil asetatdan fərqlənir. Belə ki, polivinil spirti ataktik olmasına baxmayaraq OH qruplarının kiçik ölçülü olması səbəbindən onun kristallaşması müşahidə olunur. Bu, eynilik dövrü 0,55 nm olan monoklinik sistemdə və transplanar konformasiyaya uyğun olaraq baş verir. Polivinil spirti təqribən 60% kristallaşma dərəcəsinə malikdir. Halbuki, makromolekulda polyar OH- qruplarının olması polivinil spirtində potensial çəpərin qiymətini artırır və çevikliyi azaldır ki, bu isə öz növbəsində kristallik quruluşun yaranmasına mənfi təsir göstərir.
Polivinil spirtinin şüşələşmə temperaturu 85 0C, ərimə temperaturu 200 0C-dir. Lakin 130 0C-dən yuxarı temperaturda o, termiki destruksiyaya uğrayır.
Polivinil spirtinin əsas xassələri çox reaktiv qrup olan və hidrogen rabitələri yarada bilən hidroksil qruplarının yüksək sıxlığı ilə müəyyən edilir. OH-qruplarının olması onun suda həll olmasına da şərait yaradır. Ümumiyyətlə, o, hidrogen rabitəsi yarada bilən bütün qruplarla güclü qarşılıqlı təsirdə olur. Molekullararası hidrogen rabitələrinə yüksək meylliliyi səbəbindən suda məhlulları çox özlü olur, 5% tipik polivinil spirti məhlulunun pH ı 5-6,5 arasında dəyişir. Sıxlığı orta hesabla 1,3 q/sm3-dir. Polivinil spirti isti su ilə yanaşı, həmçinin, qlikollarda, qliserində yaxşı həll olur. Universal üzvi həlledicilərin, neftin, yağın təsirinə qarşı çox davamlıdır. Onun yüksək örtük əmələ gətirmək, emulsiyalaşma, yapışdırıcı xassəsləri var. Nəmlik olmadıqda polivinil spirtindən hazırlanmış örtük molekulyar oksigeni keçirmir. Zəhərli deyil.
Polivinil spirti həqiqi biodeqradasiyaya uğraya bilən yeganə vinil polimeridir. Belə ki, o, bakteriyaların təsiri altında və kompleks mexanizmə uyğun olaraq tamamilə CO2 və H2O-ya çevrilir.
Beləliklə, təqdim olunan tədqiqat işində mühitin pH-dan asılı olaraq alınan polimerlərin fərqli kimyəvi və fiziki xassələri müəyyən olunmuşdur. Bu isə həmin polimerlərin örtük materialı kimi istifadəsinə imkan yarada bilər.
Tətbiqi: Kağız istehsalında, tekstildə, PVA yapışqanlarında, müxtəlif örtüklərdə və 3D çapda qatılaşdırıcı və emulsiya stabilizatoru kimi istifadə olunur.
Ədəbiyyat:
- https://en.m.wikipedia.org/wiki/Polyvinyl_alcohol
- https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/poly-vinyl-alcohol
- https://www.sigmaaldrich.com/AZ/en/product/aldrich/341584
- https://www.britannica.com/science/polyvinyl-alcohol
- Ogur E. “Polyvinyl Alcohol: Materials, Processing and Applications” UK. Rapra-2005
- Məhərrəmov A.M. “Üzvi kimya” Bakı universiteti nəşriyyatı-2006
- Əkbərov O.H., Əzizov A.Ə., Əkbərov E.O. “Yüksək molekullu birləşmələr kimyası” Bakı universiteti nəşriyyatı-2007
- Лосев И.П. “Химия синтетических полимеров” Москва-1964
