Dispersionspolymerisation
Dispersionspolymerisation : Precipitationspolymerisation där monomer(er), initiator(er) och kolloidstabilisator(er) löses i ett lösningsmedel som initialt bildar ett homogent system som producerar polymer och resulterar i bildningen av polymerpartiklar. Obs: Processen resulterar vanligtvis i polymerpartiklar med kolloidala dimensioner.
Inom polymervetenskap är dispersionspolymerisation en heterogen polymerisationsprocess som utförs i närvaro av en polymer stabilisator i reaktionsmediet . Dispersionspolymerisation är en typ av utfällningspolymerisation , vilket innebär att lösningsmedlet som väljs som reaktionsmedium är ett bra lösningsmedel för monomeren och initiatorn, men är ett icke-lösningsmedel för polymeren. När polymerisationsreaktionen fortskrider bildas polymerpartiklar, vilket skapar en icke-homogen lösning. Vid dispersionspolymerisation är dessa partiklar platsen för polymerisation, varvid monomer tillsätts till partikeln under hela reaktionen. I denna mening har mekanismen för polymerbildning och tillväxt egenskaper som liknar emulsionspolymerisationen . Med typisk utfällningspolymerisation är den kontinuerliga fasen (lösningsmedelslösningen) huvudplatsen för polymerisation, vilket är huvudskillnaden mellan utfällning och dispersion.
Polymerisationsmekanism
Vid början av polymerisationen förblir polymerer i lösning tills de når en kritisk molekylvikt (MW), vid vilken tidpunkt de fälls ut. Dessa initiala polymerpartiklar är instabila och koagulerar med andra partiklar tills stabiliserade partiklar bildas. Efter denna tidpunkt i polymerisationen sker tillväxt endast genom tillsats av monomer till de stabiliserade partiklarna. När polymerpartiklarna växer fäster stabilisatormolekyler (eller dispergeringsmedel) kovalent till ytan. Dessa stabilisatormolekyler är i allmänhet ymp- eller segmentsampolymerer och kan förformas eller kan bildas in situ under reaktionen. Typiskt har en sida av stabilisatorsampolymeren en affinitet för lösningsmedlet medan den andra sidan har en affinitet för den polymerpartikel som bildas. Dessa molekyler spelar en avgörande roll i dispersionspolymerisation genom att bilda ett "hårigt lager" runt partiklarna som förhindrar partikelkoagulering. Detta styr storlek och kolloidal stabilitet för partiklarna i reaktionssystemet. Drivkraften för partikelseparationen är steriskt hinder mellan stabilisatorskiktens utåtvända svansar.
Dispersionspolymerisation kan producera nästan monodispersa polymerpartiklar på 0,1–15 mikrometer (µm). Detta är viktigt eftersom det fyller gapet mellan partikelstorlek som genereras av konventionell emulsionspolymerisation (0,006–0,7 µm) i satsvis process och den för suspensionspolymerisation (50–1000 µm).
Ansökningar
Partiklar framställda genom dispersionspolymerisation används i en mängd olika tillämpningar. Toners, instrumentkalibreringsstandarder, kromatografikolonnpackningsmaterial, flytande kristalldisplaydistanser och biomedicinsk och biokemisk analys använder alla dessa monodispersa partiklar i mikronstorlek, partiklar som var svåra att komma åt innan utvecklingen av dispersionspolymerisationsmetoder. Dispersionerna används även som ytbeläggningar. Till skillnad från lösningsbeläggningar har dispersionsbeläggningar viskositeter som är oberoende av polymer MW. Viskositeterna för dispersioner är med fördel lägre än för lösningar med praktiska polymerhalter. Detta möjliggör enklare applicering av beläggningen.
Ett dispersionspolymerisationssystem som studeras är användningen av superkritisk flytande koldioxid ( scCO 2 ) som lösningsmedel. På grund av dess unika lösningsmedelsegenskaper är superkritisk CO 2 ett idealiskt medium för dispersionspolymerisation för många lösliga monomerer med olösliga polymersystem. Till exempel kan polymerer separeras genom att släppa det höga trycket under vilket scCO2 hålls . Denna process är effektivare än typiska torkningsprocesser. Principerna för dispersionspolymerisation med scCO2 följer också principerna för grön kemi : låg lösningsmedelstoxicitet, lågt spill, effektiv atomekonomi och undvikande av reningssteg.