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Cinétique de la polymérisation d’Addition de polydiméthylsiloxane
 

Cinétique de la polymérisation d’Addition de polydiméthylsiloxane

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Les polymères sont une classe omniprésente de composés présents dans toutes les facettes de l’industrie et de fabrication. Deux de leurs principales caractéristiques, poids moléculaire et degré de polymérisation, doit provenir d’autres propriétés en vrac. Contrairement aux autres substances, dont les caractéristiques physiques sont définies uniquement par leur structure chimique, les polymères sont également touchées par leur degré de polymérisation et poids moléculaire. Polymères chimiquement identiques peuvent varier de liquides aux caoutchoucs sur les matières dures et cassantes, tous basés sur ces propriétés physiques. Puisque les attributs microscopiques, telles que le poids moléculaire, sont difficiles à mesurer directement, les propriétés globales, telles que la viscosité, la densité et la diffusion de la lumière, peuvent servir à déduire de ces caractéristiques importantes. Cette vidéo va illustrer une polymérisation batch de polydiméthylsiloxane, ou PDMS et déterminer son poids moléculaire et le degré de polymérisation de sa viscosité.

Pour commencer, concentrons-nous sur la fabrication en masse de polydiméthylsiloxane, ou PDMS. Réactions de polymérisation sont classées par leurs mécanismes, types de réacteurs, caractéristiques du produit et plus. Dans le cas de PDMS, initiateur réagit avec le monomère pour produire la chaîne de polymère, qui à son tour, peut être prolongée à travers d’autres réactions avec le monomère. Le mécanisme de cette réaction est appelé polymérisation d’addition et se caractérise par l’absence de sous-produits. Le choix du réacteur dépend des propriétés de réactif et influe sur les caractéristiques du produit. Réacteurs biologiques séquentiels, qui comprennent généralement un réservoir, agitateur et système de chauffage ou de climatisation, fonctionnent comme des systèmes fermés où les réactifs sont ajoutés dans un temps discret et laisse ensuite réagir au fil du temps. Réacteurs biologiques séquentiels sont préférés pour des réactions à petite échelle lors de faibles quantités de réactifs sont utilisées ou un nouveau processus est en cours d’élaboration ou de synthétiser plusieurs qualités de produit. Ils sont fréquemment utilisés pour les polymérisations. PDMS est synthétisée à partir de monomère, initiateur et un bloqueur de fin sans aucun solvant, une affection appelée polymérisation en masse. L’absence de solvants simplifie le traitement de polymère, car les sous-produits et le catalyseur sont facilement séparées du polymère. Toutefois, la température doit être soigneusement contrôlée, comme avec une veste, pour éviter l’emballement exothermique pouvant entraîner une explosion de refroidissement par l’eau. Indépendamment des conditions de réaction, les propriétés physiques mesurées du produit, telles que la viscosité, sont utilisées pour estimer la masse moléculaire moyenne en nombre et la masse moléculaire moyenne en poids. En divisant la masse moléculaire moyenne en nombre par la masse molaire du monomère on obtient la longueur de la chaîne moyenne ou le degré de polymérisation, ce qui est liée à l’ordre de conversion et de la réaction. Maintenant que vous connaissez les bases de la polymérisation, nous allons voir comment faire fonctionner une réaction de petits lots de PDMS et déterminer la cinétique de la réaction.

Pour commencer la procédure, ouvrez la bouteille d’azote reliée à la cuve de réaction. Exécutez la première séquence, qui vérifie que l’équipement est opérationnel et en bon état de fonctionnement. Ensuite, testez le système d’étanchéité en fermant la vanne manuelle de la pompe à vide. Attendez cinq minutes et vérifier que la montée en pression ne dépasse pas 600 millimètres de mercure. Rouvrez le robinet pour enlever toute atmosphère restante. Enfin, fermez la vanne manuelle et remplir le système avec de l’azote. Le troisième module du programme ajoute le monomère cyclique dans le réacteur. Les ingrédients de quantité inférieures, le bloqueur de catalyseur et de fin, sont ajoutés à travers un petit entonnoir appelé le réservoir de l’additionneur. Le réacteur est maintenant complet et prêt pour la polymérisation. Démarrer le processus de quatrième et de surveiller la température. Une fois qu’il dépasse 105 degrés, commencer la collecte des échantillons liquides depuis le point de tirage d’échantillon. Recueillir des aliquotes à intervalles d’au moins toutes les huit minutes. Pour savoir quand la polymérisation atteint l’équilibre, surveillez l’utilisation de la puissance de l’agitateur. Une fois que le pouvoir a cessé d’augmenter, la réaction est terminée. À ce stade, ouvrir le réservoir de dioxyde de carbone et de la vanne et appuyez sur le bouton-poussoir complet de réaction pour neutraliser le catalyseur. Pour commencer la séquence de décapage, ouvrez la vanne manuelle de la pompe à vide et laissez-le tourner pendant 15 minutes à une température plus élevée. À ce stade, sélectionnez décapage complet et recueillir les chaudières basses de la réaction dans une fiole. Permettre la refroidissement automatisée le processus s’exécute. En utilisant les instructions du fabricant, mesurer les échantillons collectés avec un viscosimètre. Si la vitesse est trop élevée, une vitesse inférieure est choisie et ne vous obtiendrez aucune indication. Ces valeurs serviront à déterminer la distribution de poids moléculaire du polymère.

Beaucoup d’informations peut être obtenue de la mesure de la viscosité relativement simple. En divisant la viscosité de l’échantillon PDMS par sa densité on obtient sa viscosité cinématique. Équations empiriques, telles que les relations de Barrie, rapportent à une viscosité cinématique à la masse moléculaire moyenne viscosité. Divisant le poids moléculaire de viscosité moyenne de 1.6, un autre coefficient empirique pour PDMS, donne le poids moléculaire moyen en nombre, le poids moyen par chaîne de polymère. En divisant par le poids du monomère donne la longueur de la chaîne moyenne ou le degré de polymérisation, le nombre d’unités monomères dans le polymère. Toutefois, étant donné que la longueur de la chaîne calculée comprend le monomère non réagi, il sera artificiellement bas. Une correction qui tient compte de la conversion des fractionnée doit être appliquée. Voici les résultats typiques pour la masse moléculaire moyenne viscosité et le degré de polymérisation de PDMS avec temps de réaction. Dans cette réaction, une grande quantité de bloqueur de fin, qui arrête la croissance de la chaîne et forme un groupe de fin de triméthyle, on a utilisé, pour un final faible degré de polymérisation. La conversion fractionnaire peut aussi être déterminée en fonction du temps. En supposant une cinétique irréversible et que le polymère a été dressée à une longueur de chaîne constante, l’ordre de la réaction à l’égard de monomère tenait à être de premier ordre, tel que confirmé par l’ajustement raisonnable. Une constante de vitesse de 0,054 minutes inverses a été calculée, ce qui concorde avec d’autres études qui signalent une constante de taux de premier ordre de 0,06 minutes inverses pour ce monomère dans les mêmes conditions.

Polymères synthétiques sont retrouvent dans une vaste gamme de produits, tant à l’échelle industrielle et commerciale. Regardons quelques exemples courants. Polymères de siloxane, comme le PDMS, peuvent être formés industriellement par l’intermédiaire de plusieurs techniques, comme le moulage par injection. Ils sont adaptés pour des applications diverses, y compris les lubrifiants, produits d’étanchéité, détergents, isolation électrique, peintures et dispositifs médicaux. Implants médicaux et sondes, comme ce prototype, sont mention particulière, tout comme les PDMS est inoffensif, a des effets toxicologiques minimes et résiste modérément concentré d’acides et bases. Pour ces raisons, la FDA a approuvé l’utilisation du PDMS dans le domaine médical. Synthèse PDMS est un exemple de polymérisation par ouverture, une forme courante de polymérisation en chaîne. En ouverture du cycle polymérisations, la chaîne ouvre itérativement monomères cycliques pour former des centres réactifs successives sur le polymère. Selon le système, le centre réactif peut être radical, anioniques ou cationiques. Ce procédé permet un contrôle strict de la distribution des masses moléculaires, même si cela peut, à son tour, provoquer des problèmes avec l’extrusion. Il a été démontré qu’avoir quelques polymère de poids moléculaire plus élevé dans le mélange fournit un extrudat plus uniforme.

Vous avez juste regardé introduction de Jupiter à la polymérisation d’addition. Vous devez maintenant comprendre les notions de polymérisation et comment la viscosité peut déterminer cinétique et conversion de monomère. Merci de regarder.

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