Polimerizaciones en fase crítica
Procesos > ► Polimerización
Polimerizaciones en fase crítica
Un fluido supercrítico (SCF) se puede definir como una sustancia o mezcla que tiene una temperatura y una presión que exceden su temperatura crítica (Tc) y presión crítica (Pc), y una densidad igual o superior a su densidad crítica. Cerca de este punto crítico, la densidad, las propiedades de transporte (como la difusividad y la viscosidad) y otras propiedades físicas (como la constante dieléctrica y la fuerza del solvente) se pueden variar en un continuo de similar a un gas a similar a un líquido, con cambios relativamente pequeños. en temperatura o presión. La capacidad de sintonización de los SCF los hace muy atractivos como disolventes para reacciones de polimerización. El primer ejemplo de polimerización en un SCF y el más importante comercialmente hasta este momento es la síntesis de alta presión de polietileno de baja densidad (PE). En este proceso, el etileno de una corriente de reciclado y una fuente de reposición se comprimen a 250 MPa (2500 bar) en un reactor tubular a 250°C. La reacción de radicales libres se inicia con peróxido o con trazas de oxígeno. El polímero producido tiene un peso molecular medio superior a 100.000 g/mol que es soluble en el monómero de etileno en las condiciones del proceso. El polietileno se precipita y se recoge en un separador aguas abajo de la sección del reactor reduciendo la presión de la solución a 35 MPa (350 bar), cambiando así la calidad del disolvente del etileno. En un esfuerzo por reducir la emisión de compuestos orgánicos volátiles, eliminar completamente el uso de clorofluorocarbonos (CFC) y reducir la generación de corrientes de desechos acuosos generados en la industria de los polímeros, los científicos han recurrido al uso de dióxido de carbono supercrítico (scCO2). En la década de 1990, el CO2 ha demostrado ser un disolvente alternativo adecuado para las reacciones de polimerización en fase crítica. Tiene un punto crítico de fácil acceso con un Tc de 31.1°C y un Pc de 7.38 MPa. Dentro de esta región, el scCO2 existe como un medio de baja viscosidad con una densidad sintonizable. No es tóxico, no es inflamable, es relativamente económico, es abundante de forma natural y, en general, se considera seguro. Debido a que el CO2 es un gas ambiental, se puede separar del polímero despresurizando el recipiente de reacción, lo que da como resultado un producto de polímero seco. El CO2 también es inerte frente a los radicales libres y los cationes, lo que reduce las reacciones de transferencia de cadena. Estos aspectos hacen que el CO2 sea muy atractivo para su uso en la síntesis de polímeros de importancia industrial. Existen numerosos ejemplos de polimerizaciones de crecimiento de cadena y de crecimiento escalonado utilizando CO2 como medio de reacción. Este artículo se centra en la utilización de líquido y scCO2 como medio de reacción para la síntesis de polímeros. El conocimiento de dos cuestiones importantes es importante cuando se utiliza CO2 como disolvente de polimerización: solubilidad y plastificación. El CO2 es un solvente no polar y generalmente debe disolver cualquier cosa que se disuelva en hexano.
Polimerizaciones de crecimiento de cadena en polimerizaciones homogéneas de CO2
Los fluoropolímeros se utilizan en muchas aplicaciones tecnológicamente exigentes debido a su equilibrio de propiedades de alto rendimiento. Existen varios impedimentos importantes para la síntesis de fluoropolímeros comercialmente importantes, incluida su insolubilidad general en la mayoría de los solventes, el efecto indeseable de la transferencia de cadena de radicales de fluoroolefina a la mayoría de los solventes que contienen hidrógeno (de ahí el uso extensivo de solventes CFC), y su alta hidrofobicidad (que requiere el uso de tensioactivos especialmente fluorados cuando se sintetiza en agua). La preparación de estos materiales amorfos de bajo punto de fusión en scCO2 puede evitar las preocupaciones ambientales de los CFC y puede evitar el conjunto de problemas asociados con su síntesis en agua. Se ha demostrado la viabilidad de utilizar líquido y scCO2 como disolvente para la polimerización en solución homogénea de fluoropolímeros amorfos de alta masa molar mediante el uso de iniciación térmica de radicales libres. Se han polimerizado varios acrilatos fluorados usando esta metodología para dar altos rendimientos de polímero.