Kütle ve Çözelti Polimerizasyonu
Kütle ve çözelti polimerizasyonları homojen proses formatlarıdır: kütle polimerizasyonu maksimum saflık için seyreltilmemiş monomeri reaksiyona sokarken, çözelti polimerizasyonu viskoziteyi kontrol etmek ve reaksiyon ısısını dağıtmak amacıyla bir çözücü ekler.
Tanım
Kütle polimerizasyonu seyreltilmemiş monomerde (isteğe bağlı olarak çözünür bir başlatıcı ile) gerçekleştirilmekteyken, çözelti polimerizasyonu monomer ve başlatıcının reaksiyon boyunca tek faz olarak kalan inert bir çözücü içinde çözündürülmesiyle gerçekleştirilmektedir.
Kapsam
Bu konu, iki homojen polimerizasyon prosesini—kütle (mass) ve çözelti—ısı transferi ve viskozite davranışları, kütle sistemlerindeki otokatalitik hızlanma (autoacceleration) riski, çözücünün sıcaklık ve viskoziteyi düzenlemedeki rolü, çözücü zincir transferi ve her birinin ne zaman seçileceğini belirleyen saflık, uzaklaştırma adımları ve reaktör tasarımına ilişkin pratik ödünleşimleri dahil olmak üzere kapsamaktadır.
Temel sorular
- Kütle sistemlerinde polimerizasyonun güçlü ekzotermik ısısı bir seyreltici olmadan nasıl yönetilmektedir?
- Eklenen çözücü viskoziteyi, ısı transferini ve molar kütleyi nasıl değiştirmektedir?
- Çözücü zincir transferi molar kütleyi ne zaman önemli ölçüde sınırlamaktadır?
- Hangi ürün formları ve saflıkları kütle işlemeyi çözelti işlemeye karşı tercih etmektedir?
Temel kuramlar
- Kütle Polimerizasyonunda Otokatalitik Hızlanma
- Seyreltilmemiş bir radikal sistemde dönüşüm ve viskozite arttıkça, difüzyonla sınırlı sonlanma yavaşlarken yayılma devam etmekte, bu da hızın ve sıcaklığın hızlanmasına neden olmakta (jel veya Trommsdorff etkisi), kütle işlemenin merkezi bir tehlikesi ve kontrol problemi olarak karşımıza çıkmaktadır.
Mekanizmalar
Kütle polimerizasyonunda mevcut olan tek türler monomer, başlatıcı ve büyüyen polimerdir; bu nedenle dönüşüm arttıkça ortam önemli ölçüde kalınlaşmakta, ısı uzaklaştırmayı ve karıştırmayı engellemekte ve otokatalitik hızlanmayı teşvik etmektedir. Çözelti polimerizasyonunda inert bir çözücü sistemi seyreltmekte, viskoziteyi düşürmekte ve ekzotermik ısıyı yaymakta, bu da daha düzgün sıcaklık kontrolü sağlamaktadır; ödünleşimler ise azalmış reaktör verimliliği, molar kütleyi sınırlayan çözücüye olası zincir transferi ve sonraki bir çözücü uzaklaştırma adımıdır.
Klinik önem
Kütle polimerizasyonu, poli(metil metakrilat) levha gibi dökme ürünler ve saflığın önemli olduğu ve yan ürünlerin vakum altında uzaklaştırıldığı bazı kondenzasyon polimerleri için kullanılmaktadır. Çözelti polimerizasyonu, polimerin doğrudan çözelti halinde kullanıldığı—birçok kaplama, yapıştırıcı ve basınca duyarlı üründe olduğu gibi—veya hassas sıcaklık kontrolünün esas olduğu durumlarda tercih edilmektedir.
Tarihçe
Poli(metil metakrilat)ın kütle dökümü 1930'larda ticarileştirilmiştir ve kütle radikal kinetiğinin merkezindeki otokatalitik hızlanma (autoacceleration) fenomeni 1940'larda Trommsdorff ile Norrish ve Smith tarafından karakterize edilmiş, bu da proses tasarımına hala rehberlik eden ısı yönetimi kısıtlamalarını ortaya koymuştur.
Öne çıkan isimler
- Ernst Trommsdorff
- Eberhard Norrish
İlgili konular
Temel eserler
- odian2004
- stevens1999
Sıkça sorulan sorular
- Kütle polimerizasyonu daha saf ürün veriyorsa neden çözücü eklenmektedir?
- Çözücü, polimerizasyonun büyük ısısını absorbe etmekte ve viskoziteyi yönetilebilir tutarak sıcak noktaları ve kontrolsüz reaksiyonu önlemektedir. Bunun maliyeti ise daha düşük verim, bir çözücü uzaklaştırma adımı ve molar kütleyi sınırlayan çözücüye olası zincir transferidir.
- Kütle dökümü ile klasik olarak hangi ürün yapılmaktadır?
- Poli(metil metakrilat) levha (akrilik cam) cam plakalar arasında kütle halinde dökülmekte, çözücü yokluğundan faydalanılarak optik olarak şeffaf, yüksek saflıkta bir ürün elde edilmektedir.