iniciadores y estabilizadores coloidales se disuelven en un disolvente formando inicialmente
un sistema homogéneo que produce polímero y da como resultado la formación de
partículas de polímero.
Nota: El proceso generalmente da como resultado partículas de polímero de dimensiones coloidales. [1]
En la ciencia de los polímeros , la polimerización en dispersión es un proceso de polimerización heterogéneo que se lleva a cabo en presencia de un estabilizador polimérico en el medio de reacción. La polimerización por dispersión es un tipo de polimerización por precipitación , lo que significa que el disolvente seleccionado como medio de reacción es un buen disolvente para el monómero y el iniciador, pero no es disolvente para el polímero. [2] A medida que avanza la reacción de polimerización, se forman partículas de polímero, creando una solución no homogénea. En la polimerización en dispersión, estas partículas son el lugar de polimerización, añadiéndose monómero a la partícula a lo largo de la reacción. En este sentido, el mecanismo de formación y crecimiento de polímeros tiene características similares a las depolimerización en emulsión . [3] Con la polimerización por precipitación típica, la fase continua (la solución de disolvente) es el lugar principal de polimerización, que es la principal diferencia entre precipitación y dispersión.
Mecanismo de polimerización
Al inicio de la polimerización, los polímeros permanecen en solución hasta que alcanzan un peso molecular crítico (PM), momento en el que precipitan. [4] Estas partículas de polímero iniciales son inestables y se coagulan con otras partículas hasta que se forman partículas estabilizadas. Después de este punto de la polimerización, el crecimiento solo se produce mediante la adición de monómero a las partículas estabilizadas. [4] A medida que las partículas de polímero crecen, las moléculas estabilizadoras (o dispersantes) se unen covalentemente a la superficie. Estas moléculas estabilizadoras son generalmente copolímeros de injerto o de bloque y pueden preformarse o formarse in situ durante la reacción. [2] Normalmente, un lado del copolímero estabilizador tiene afinidad por el disolvente mientras que el otro lado tiene afinidad por la partícula de polímero que se está formando. Estas moléculas juegan un papel crucial en la polimerización en dispersión al formar una "capa peluda" alrededor de las partículas que previene la coagulación de las partículas. [4] Esto controla el tamaño y la estabilidad coloidal de las partículas en el sistema de reacción. La fuerza impulsora para la separación de partículas es el impedimento estérico entre las colas que miran hacia afuera de las capas estabilizadoras. [4]
La polimerización por dispersión puede producir partículas de polímero casi monodispersas de 0,1 a 15 micrómetros (µm). Esto es importante porque llena el espacio entre el tamaño de partícula generado por la polimerización en emulsión convencional (0,006–0,7 µm) en el proceso por lotes y el de la polimerización en suspensión (50–1000 µm). [4]
Aplicaciones
Las partículas producidas por polimerización en dispersión se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones. Los tóners, los estándares de calibración de instrumentos, los materiales de empaque de la columna de cromatografía, los espaciadores de pantallas de cristal líquido y los análisis biomédicos y bioquímicos utilizan estas partículas monodispersas de tamaño micrométrico, partículas que eran difíciles de conseguir antes del desarrollo de los métodos de polimerización por dispersión. [4] Las dispersiones también se utilizan como revestimientos superficiales. A diferencia de los recubrimientos en solución, los recubrimientos en dispersión tienen viscosidades que son independientes del PM del polímero. Ventajosamente, las viscosidades de las dispersiones son más bajas que las de las soluciones con niveles prácticos de polímero. [4] Esto permite una aplicación más fácil del recubrimiento.
Un sistema de polimerización en dispersión que se está estudiando es el uso de dióxido de carbono líquido supercrítico (scCO2) como disolvente. [5] Debido a sus propiedades solventes únicas, el CO2 supercrítico es un medio ideal para la polimerización en dispersión de muchos sistemas de monómeros solubles con polímeros insolubles. Por ejemplo, los polímeros se pueden separar liberando la alta presión a la que se mantiene el scCO2. Este proceso es más eficiente que los procesos de secado típicos. [5] Además, los principios de la polimerización en dispersión con scCO2 siguen los principios de la química verde : baja toxicidad del solvente, bajo desperdicio, economía de átomo eficiente y evitación de pasos de purificación. [5]
Referencias
- ^ Slomkowski, Stanislaw; Alemán, José V .; Gilbert, Robert G .; Hess, Michael; Horie, Kazuyuki; Jones, Richard G .; Kubisa, Przemyslaw; Meisel, Ingrid; Mormann, Werner; Penczek, Stanisław; Stepto, Robert FT (2011). "Terminología de polímeros y procesos de polimerización en sistemas dispersos (Recomendaciones IUPAC 2011)" (PDF) . Química pura y aplicada . 83 (12): 2229–2259. doi : 10.1351 / PAC-REC-10-06-03 .
- ^ a b Rudin, A .; Choi, P. (2013). Los elementos de la ciencia y la ingeniería de los polímeros (3ª ed.). Prensa académica. págs. 427–429.
- ^ Matyjaszewski, K .; Davis, TP (2002). Manual de polimerización radical . John Wiley e hijos. pag. 306.
- ^ a b c d e f g Kawaguchi, S; Ito, K. (2005). "Polimerización por dispersión". Adv Polym Sci . Avances en la ciencia de los polímeros. 175 : 299–328. doi : 10.1007 / b100118 . ISBN 978-3-540-22923-0.
- ^ a b c Jennings, J .; Beija, M .; Kennon, Jeremy T .; et al. (2013). "Ventajas de la síntesis de copolímeros de bloques por polimerización por dispersión controlada por RAFT en dióxido de carbono supercrítico" . Macromoléculas . 46 (17): 6843–6851. Código bibliográfico : 2013MaMol..46.6843J . doi : 10.1021 / ma401051e .