Дисперсионная полимеризация
Дисперсионная полимеризация : осаждающая полимеризация , при которой мономер(ы),
инициатор(ы) и коллоидный стабилизатор(ы) растворяются в растворителе, образуя первоначально
гомогенная система, которая производит полимер и приводит к образованию
полимерные частицы.
Примечание. В результате этого процесса обычно образуются полимерные частицы коллоидных размеров. [1]
В науке о полимерах дисперсионная полимеризация — это процесс гетерогенной полимеризации, осуществляемый в присутствии полимерного стабилизатора в реакционной среде. Дисперсионная полимеризация — это тип осаждающей полимеризации , то есть растворитель, выбранный в качестве реакционной среды, является хорошим растворителем для мономера и инициатора, но не растворителем для полимера. [2] По мере протекания реакции полимеризации образуются частицы полимера, создавая неоднородный раствор. При дисперсионной полимеризации эти частицы являются местом полимеризации, причем мономер добавляется к частице на протяжении всей реакции. В этом смысле механизм образования и роста полимеров имеет черты, аналогичные механизму эмульсионной полимеризации . [3] При типичной осаждающей полимеризации непрерывная фаза (раствор растворителя) является основным местом полимеризации, что и является основным различием между осаждением и дисперсией.
Механизм полимеризации
[ редактировать ]
В начале полимеризации полимеры остаются в растворе до тех пор, пока не достигнут критической молекулярной массы (ММ), после чего они выпадают в осадок. [4] Эти исходные полимерные частицы нестабильны и коагулируют с другими частицами до тех пор, пока не образуются стабилизированные частицы. После этой точки полимеризации рост происходит только за счет добавления мономера к стабилизированным частицам. [4] По мере роста частиц полимера молекулы стабилизатора (или диспергатора) ковалентно прикрепляются к поверхности. Эти молекулы стабилизатора обычно представляют собой привитые или блок-сополимеры и могут быть получены заранее или могут образоваться in situ во время реакции. [2] Обычно одна сторона сополимера-стабилизатора имеет сродство к растворителю, тогда как другая сторона имеет сродство к образующимся полимерным частицам. Эти молекулы играют решающую роль в дисперсионной полимеризации, образуя вокруг частиц «волосатый слой», который предотвращает коагуляцию частиц. [4] Это контролирует размер и коллоидную стабильность частиц в реакционной системе. Движущей силой разделения частиц является стерическое препятствие между обращенными наружу хвостами слоев стабилизатора. [4]
Дисперсионная полимеризация позволяет получить почти монодисперсные частицы полимера размером 0,1–15 микрометров (мкм). Это важно, поскольку он заполняет разрыв между размером частиц, образующихся при обычной эмульсионной полимеризации (0,006–0,7 мкм) в периодическом процессе, и размером частиц суспензионной полимеризации (50–1000 мкм). [4]
Приложения
[ редактировать ]Частицы, полученные методом дисперсионной полимеризации, используются в самых разных областях. Тонеры, калибровочные стандарты приборов, насадочные материалы для хроматографических колонок, прокладки для жидкокристаллических дисплеев, а также биомедицинские и биохимические анализы — все они используют эти монодисперсные частицы микронного размера, частицы, которые было трудно найти до разработки методов дисперсионной полимеризации. [4] Дисперсии также используются в качестве поверхностных покрытий. В отличие от покрытий из раствора, дисперсионные покрытия имеют вязкость, не зависящую от молекулярной массы полимера. Вязкость дисперсий предпочтительно ниже, чем вязкость растворов с практическим содержанием полимера. [4] Это позволяет облегчить нанесение покрытия.
Одной из изучаемых систем дисперсионной полимеризации является использование сверхкритического жидкого диоксида углерода (scCO 2 ) в качестве растворителя. [5] Благодаря своим уникальным свойствам растворителя сверхкритический CO 2 является идеальной средой для дисперсионной полимеризации многих систем растворимый мономер с нерастворимым полимером. Например, полимеры можно разделить, сбросив высокое давление, под которым scCO 2 удерживается . Этот процесс более эффективен, чем обычные процессы сушки. [5] Кроме того, принципы дисперсионной полимеризации с scCO 2 соответствуют принципам зеленой химии : низкая токсичность растворителя, низкий уровень отходов, эффективная экономия атомов и отсутствие стадий очистки. [5]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Сломковский, Станислав; Алеман, Хосе В.; Гилберт, Роберт Г.; Хесс, Майкл; Хорие, Казуюки; Джонс, Ричард Г.; Кубиса, Пшемыслав; Мейзель, Ингрид; Морманн, Вернер; Пенчек, Станислав; Степто, Роберт FT (2011). «Терминология полимеров и процессов полимеризации в дисперсных системах (Рекомендации ИЮПАК 2011 г.)» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 83 (12): 2229–2259. doi : 10.1351/PAC-REC-10-06-03 . S2CID 96812603 . Архивировано из оригинала (PDF) 20 октября 2013 г. Проверено 14 июля 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б Рудин А.; Чой, П. (2013). Элементы полимерной науки и техники (3-е изд.). Академическая пресса. стр. 427–429.
- ^ Матияшевский, К.; Дэвис, Т.П. (2002). Справочник по радикальной полимеризации . Джон Уайли и сыновья. п. 306.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Кавагути, С; Ито, К. (2005). «Дисперсионная полимеризация». Adv Polym Sci . Достижения в области полимерной науки. 175 : 299–328. дои : 10.1007/b100118 . ISBN 978-3-540-22923-0 .
- ^ Перейти обратно: а б с Дженнингс, Дж.; Бейжа, М.; Кеннон, Джереми Т.; и др. (2013). «Преимущества синтеза блок-сополимеров путем дисперсионной полимеризации, контролируемой RAFT, в сверхкритическом диоксиде углерода» . Макромолекулы . 46 (17): 6843–6851. Бибкод : 2013MaMol..46.6843J . дои : 10.1021/ma401051e .