Métodos de Síntesis de Polímeros
Los métodos de síntesis de polímeros son los formatos de proceso —en masa, en solución, en suspensión y en emulsión— y las estrategias composicionales, como la copolimerización y el entrecruzamiento, mediante los cuales se lleva a cabo un mecanismo de polimerización elegido a escala práctica con control sobre el calor, la viscosidad y la forma del producto.
Definition
Los métodos de síntesis de polímeros son las técnicas experimentales e industriales —clasificadas principalmente por la fase física del medio de reacción y por la composición del monómero— utilizadas para convertir monómeros en polímeros con una masa molar, arquitectura y forma física deseadas.
Scope
Esta área cubre cómo se llevan a cabo físicamente y se diseñan composicionalmente las polimerizaciones: procesos homogéneos en masa y en solución, sistemas heterogéneos en suspensión y en emulsión, las estadísticas y el control de la composición de los copolímeros, y la formación de redes y geles entrecruzados. Aborda la gestión del calor y la viscosidad, el control del tamaño de partícula y de la masa molar, y las relaciones entre la elección del proceso y la morfología del producto.
Sub-topics
Core questions
- ¿Cómo afecta la elección del proceso en masa, en solución, en suspensión o en emulsión a la eliminación de calor, la viscosidad y la forma del producto?
- ¿Qué controla la composición y la secuencia de un copolímero a medida que avanza la conversión?
- ¿Cómo se controlan la densidad de la red y el punto de gelificación en los sistemas de entrecruzamiento?
- ¿Cómo se deriva la selección del proceso del mecanismo de polimerización y de la aplicación objetivo?
Key theories
- Ecuación de composición del copolímero
- Las relaciones de reactividad cuantifican la preferencia de cada radical por añadir su propio monómero frente al otro, y la ecuación resultante predice la composición instantánea del copolímero, la deriva de la composición con la conversión y si un sistema tiende a secuencias alternas, aleatorias o en bloque.
- Cinética de la polimerización en emulsión
- La compartimentación de los radicales en partículas hinchadas con monómero estabilizadas por surfactante permite que la polimerización en emulsión logre una alta velocidad y una alta masa molar simultáneamente, una combinación imposible en sistemas radicales homogéneos y descrita por el tratamiento de Smith-Ewart de la nucleación y el crecimiento de partículas.
Mechanisms
En la polimerización en masa, el monómero no diluido reacciona, lo que da una alta pureza pero graves problemas de eliminación de calor y viscosidad. La polimerización en solución añade disolvente para moderar la viscosidad y disipar el calor, a costa de la eliminación del disolvente y la posible transferencia de cadena. La polimerización en suspensión dispersa gotas de monómero en agua, cada una actuando como un pequeño reactor en masa que produce perlas. La polimerización en emulsión dispersa el monómero en micelas y partículas de surfactante, aislando los radicales para que la velocidad y la masa molar aumenten juntas. La copolimerización y el entrecruzamiento superponen el control composicional, con monómeros multifuncionales que construyen redes una vez que se alcanza el punto de gelificación.
Clinical relevance
La selección del proceso determina la forma y la economía del producto: la polimerización en emulsión produce pinturas de látex, adhesivos y caucho sintético; la polimerización en suspensión produce perlas de poliestireno expandible y resinas de intercambio iónico; los procesos en solución y en masa se utilizan para fibras, películas y artículos moldeados. La copolimerización ajusta las propiedades de forma continua, y el entrecruzamiento controlado establece el comportamiento de elastómeros, termoestables e hidrogeles.
History
Los procesos de polimerización heterogénea se desarrollaron rápidamente durante y después de la Segunda Guerra Mundial para la producción en masa de caucho sintético y látex, formulándose la teoría de Smith-Ewart de la polimerización en emulsión en 1948. La teoría cuantitativa de la copolimerización a través de las relaciones de reactividad se estableció en la década de 1940, dando a los químicos un control predictivo sobre la composición del copolímero.
Key figures
- Wendell Smith
- Roswell Ewart
- Frank Mayo
- Cheves Walling
Related topics
Seminal works
- odian2004
- young2011
Frequently asked questions
- ¿Por qué la polimerización en emulsión se utiliza tan ampliamente en la industria?
- Al aislar los radicales en crecimiento en partículas separadas, permite que tanto la velocidad como la masa molar sean altas a la vez, utiliza agua como medio seguro y económico de transferencia de calor, y produce un látex directamente utilizable, ideal para pinturas, adhesivos y recubrimientos.
- ¿Cuál es el principal inconveniente de la polimerización en masa?
- Al no haber disolvente para absorber el calor o reducir la viscosidad, la reacción fuertemente exotérmica puede causar puntos calientes, descontrol y una mezcla difícil a medida que el medio se espesa, por lo que requiere un control térmico cuidadoso a pesar de producir un producto muy puro.