Trùng hợp khối và trùng hợp dung dịch

Trùng hợp khối và trùng hợp dung dịch là các dạng quy trình đồng thể: trùng hợp khối phản ứng monome không pha loãng để đạt độ tinh khiết tối đa, trong khi trùng hợp dung dịch thêm dung môi để kiểm soát độ nhớt và tản nhiệt phản ứng.

Definition

Trùng hợp khối được thực hiện trong monome không pha loãng (tùy chọn với chất khơi mào hòa tan), trong khi trùng hợp dung dịch được thực hiện với monome và chất khơi mào hòa tan trong một dung môi trơ, duy trì một pha duy nhất trong suốt phản ứng.

Scope

Chủ đề này bao gồm hai quy trình trùng hợp đồng thể—trùng hợp khối (khối lượng) và trùng hợp dung dịch—bao gồm hành vi truyền nhiệt và độ nhớt của chúng, nguy cơ tự gia tốc trong hệ thống khối, vai trò của dung môi trong việc điều hòa nhiệt độ và độ nhớt, sự chuyển mạch chuỗi của dung môi, và những đánh đổi thực tế về độ tinh khiết, các bước loại bỏ và thiết kế lò phản ứng chi phối việc lựa chọn từng loại.

Core questions

• Làm thế nào để kiểm soát nhiệt tỏa ra mạnh mẽ của quá trình trùng hợp mà không cần chất pha loãng trong hệ thống khối?
• Dung môi được thêm vào làm thay đổi độ nhớt, truyền nhiệt và khối lượng mol như thế nào?
• Khi nào sự chuyển mạch chuỗi của dung môi giới hạn đáng kể khối lượng mol?
• Các dạng sản phẩm và độ tinh khiết nào ưu tiên quá trình xử lý khối so với dung dịch?

Key theories

Tự gia tốc trong trùng hợp khối

Khi độ chuyển hóa và độ nhớt tăng lên trong hệ thống gốc tự do không pha loãng, sự kết thúc bị giới hạn khuếch tán chậm lại trong khi sự lan truyền tiếp tục, khiến tốc độ và nhiệt độ tăng nhanh (hiệu ứng gel hoặc Trommsdorff), một mối nguy hiểm và vấn đề kiểm soát trung tâm của quá trình xử lý khối.

Mechanisms

Trong trùng hợp khối, các loài duy nhất có mặt là monome, chất khơi mào và polyme đang phát triển, do đó môi trường đặc lại đáng kể khi độ chuyển hóa tăng lên, cản trở việc loại bỏ nhiệt và trộn lẫn, đồng thời thúc đẩy quá trình tự gia tốc. Trong trùng hợp dung dịch, một dung môi trơ làm loãng hệ thống, làm giảm độ nhớt và phân tán nhiệt tỏa ra, giúp kiểm soát nhiệt độ mượt mà hơn; những đánh đổi là năng suất lò phản ứng giảm, khả năng chuyển mạch chuỗi sang dung môi làm giới hạn khối lượng mol, và một bước loại bỏ dung môi sau đó.

Clinical relevance

Trùng hợp khối được sử dụng cho các vật đúc như tấm poly(methyl methacrylate) và cho một số polyme ngưng tụ khi độ tinh khiết quan trọng và các sản phẩm phụ được loại bỏ dưới chân không. Trùng hợp dung dịch được ưu tiên khi polyme được sử dụng trực tiếp trong dung dịch—như trong nhiều lớp phủ, chất kết dính và sản phẩm nhạy áp—hoặc khi kiểm soát nhiệt độ chính xác là điều cần thiết.

History

Việc đúc khối poly(methyl methacrylate) được thương mại hóa vào những năm 1930, và hiện tượng tự gia tốc trung tâm của động học gốc tự do khối được Trommsdorff và Norrish và Smith mô tả vào những năm 1940, thiết lập các ràng buộc quản lý nhiệt vẫn định hướng thiết kế quy trình.

Key figures

• Ernst Trommsdorff
• Eberhard Norrish

Seminal works

• odian2004
• stevens1999

Frequently asked questions

Tại sao lại thêm dung môi nếu trùng hợp khối cho sản phẩm tinh khiết hơn?

Dung môi hấp thụ lượng nhiệt lớn của quá trình trùng hợp và giữ độ nhớt ở mức có thể quản lý được, ngăn ngừa các điểm nóng và phản ứng vượt tầm kiểm soát. Chi phí là thông lượng thấp hơn, một bước loại bỏ dung môi và khả năng chuyển mạch chuỗi sang dung môi làm giới hạn khối lượng mol.

Sản phẩm nào thường được sản xuất bằng phương pháp đúc khối?

Tấm poly(methyl methacrylate) (kính acrylic) được đúc khối giữa các tấm kính, tận dụng sự vắng mặt của dung môi để tạo ra sản phẩm trong suốt quang học, độ tinh khiết cao.