Polimerização em Massa e em Solução

As polimerizações em massa e em solução são os formatos de processo homogêneos: a polimerização em massa reage monômero não diluído para máxima pureza, enquanto a polimerização em solução adiciona um solvente para controlar a viscosidade e dissipar o calor da reação.

Definition

A polimerização em massa é realizada em monômero não diluído (opcionalmente com um iniciador solúvel), enquanto a polimerização em solução é realizada com monômero e iniciador dissolvidos em um solvente inerte que permanece em uma única fase durante toda a reação.

Scope

Este tópico aborda os dois processos de polimerização homogêneos — em massa e em solução — incluindo seu comportamento de transferência de calor e viscosidade, o risco de autoaceleração em sistemas em massa, o papel do solvente na moderação da temperatura e viscosidade, a transferência de cadeia para o solvente e as compensações práticas de pureza, etapas de remoção e projeto do reator que governam quando cada um é escolhido.

Core questions

• Como o forte exotermismo da polimerização é gerenciado sem um diluente em sistemas em massa?
• Como a adição de solvente altera a viscosidade, a transferência de calor e a massa molar?
• Quando a transferência de cadeia para o solvente limita significativamente a massa molar?
• Quais formas e purezas de produto favorecem o processamento em massa versus em solução?

Key theories

Autoaceleração na polimerização em massa

À medida que a conversão e a viscosidade aumentam em um sistema radicalar não diluído, a terminação limitada por difusão diminui enquanto a propagação continua, fazendo com que a taxa e a temperatura acelerem (o efeito gel ou Trommsdorff), um perigo central e problema de controle do processamento em massa.

Mechanisms

Na polimerização em massa, as únicas espécies presentes são monômero, iniciador e polímero em crescimento, de modo que o meio se torna dramaticamente mais espesso à medida que a conversão aumenta, dificultando a remoção de calor e a mistura e promovendo a autoaceleração. Na polimerização em solução, um solvente inerte dilui o sistema, diminuindo a viscosidade e espalhando o calor exotérmico, o que proporciona um controle de temperatura mais suave; as desvantagens são a produtividade reduzida do reator, a possível transferência de cadeia para o solvente que limita a massa molar e uma etapa subsequente de remoção do solvente.

Clinical relevance

A polimerização em massa é utilizada para artigos moldados, como chapas de poli(metacrilato de metila), e para alguns polímeros de condensação onde a pureza é importante e os subprodutos são removidos sob vácuo. A polimerização em solução é favorecida quando o polímero é usado diretamente em solução — como em muitos revestimentos, adesivos e produtos sensíveis à pressão — ou quando o controle preciso da temperatura é essencial.

History

A moldagem em massa de poli(metacrilato de metila) foi comercializada na década de 1930, e o fenômeno de autoaceleração, central para a cinética radicalar em massa, foi caracterizado por Trommsdorff e por Norrish e Smith na década de 1940, estabelecendo as restrições de gerenciamento de calor que ainda guiam o projeto de processo.

Key figures

• Ernst Trommsdorff
• Eberhard Norrish

Seminal works

• odian2004
• stevens1999

Frequently asked questions

Por que adicionar solvente se a polimerização em massa produz um produto mais puro?

O solvente absorve o grande calor da polimerização e mantém a viscosidade controlável, prevenindo pontos quentes e descontrole. O custo é menor rendimento, uma etapa de remoção de solvente e possível transferência de cadeia para o solvente que limita a massa molar.

Qual produto é classicamente feito por moldagem em massa?

A chapa de poli(metacrilato de metila) (vidro acrílico) é moldada em massa entre placas de vidro, explorando a ausência de solvente para fornecer um produto opticamente transparente e de alta pureza.