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Cinética de la polimerización de la adición de polidimetilsiloxano
 

Cinética de la polimerización de la adición de polidimetilsiloxano

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Los polímeros son una clase ubicua de compuestos que se encuentran en todas las facetas de la industria y la manufactura. Dos de sus más importantes características, peso molecular y grado de polimerización, se deben derivar de otras propiedades a granel. A diferencia de otras sustancias, cuyas características físicas se definen exclusivamente por su estructura química, los polímeros también son afectados por su grado de polimerización y peso molecular. Polímeros químicamente idénticos pueden variar de líquidos a cauchos sólidos duros, quebradizos, todas basadas en las propiedades físicas. Como atributos microscópicos, tales como peso molecular, son difíciles de medir directamente, a granel propiedades, tales como viscosidad, densidad y dispersión de la luz, pueden utilizarse para deducir estas características importantes. Este video se ilustran una polimerización batch de polidimetilsiloxano o PDMS y determinar su peso molecular y grado de polimerización de su viscosidad.

Para empezar, centrémonos en la fabricación a granel de polidimetilsiloxano o PDMS. Reacciones de polimerización se clasifican por sus mecanismos, tipos de reactores, las características del producto y más. En el caso de PDMS, un iniciador reacciona con el monómero para producir la cadena polimérica, que a su vez puede ser extendida a través de otras reacciones con el monómero. Este mecanismo de reacción se conoce como polimerización de adición y se caracteriza por la ausencia de subproductos. La elección del reactor depende de propiedades de reactivo y afecta a las características del producto. Reactores por lotes, que típicamente consisten en un tanque, agitador y sistema de calefacción o refrigeración, funcionan como sistemas cerrados en que los reactantes se agregan en un paso discreto y luego permite reaccionar con el tiempo. Reactores por lotes se prefieren para las reacciones en pequeña escala cuando se utilizan cantidades pequeñas de reactivos o se está desarrollando un nuevo proceso, o para sintetizar varios grados de producto. Se utilizan con frecuencia para polimerizaciones. PDMS es sintetizada de un monómero, un iniciador y un bloqueador de final sin ningún tipo de disolvente, una condición conocida como polimerización a granel. La ausencia de solventes simplifica el procesamiento de polímeros, puesto que los subproductos y catalizador se separan fácilmente del polímero. Sin embargo, la temperatura debe ser cuidadosamente controlada, como con una chaqueta, para evitar a fugitivo exotérmica que puede resultar en una explosión de enfriamiento de agua. Independientemente de las condiciones de reacción, las propiedades físicas medidas del producto, tales como la viscosidad, se utilizan para estimar el peso molecular medio en número y peso molecular medio en peso. Dividiendo el peso molecular promedio en número de la masa molecular del monómero obtiene la longitud de cadena media o grado de polimerización, que está relacionado con el orden de reacción y conversión. Ahora que conoces los fundamentos de la polimerización, vamos a ver cómo funciona una reacción en pequeña escala lote de PDMS y determinar la cinética de la reacción.

Para comenzar el procedimiento, abra el cilindro de nitrógeno conectado al recipiente de reacción. Ejecutar la primera secuencia, que verifica que el equipo está operativo y en buenas condiciones. A continuación, pruebe el sistema para escapes cerrando la válvula manual de la bomba de vacío. Espere cinco minutos y compruebe que el aumento de la presión no supere los 600 milímetros de mercurio. Abrir la válvula para eliminar cualquier resto de la atmósfera. Por último, cerrar la válvula y llene el sistema con nitrógeno. El tercer módulo del programa agrega el monómero cíclico al reactor. Los ingredientes cantidad inferiores, el bloqueador de catalizador y al final, se agregan a través de un embudo pequeño llamado el tanque de la serpiente. El reactor ahora está completo y listo para la polimerización. Iniciar el proceso de cuarta y controlar la temperatura. Una vez que se levanta por encima de 105 grados, comenzar a colectar muestras de líquido desde el punto de drenaje de la muestra. Recogen alícuotas a intervalos de por lo menos cada ocho minutos. Para saber cuándo la polimerización alcanza el equilibrio, controlar el uso de la potencia del agitador. Una vez que el poder ha dejado de aumentar, la reacción es completa. En este punto, abra el tanque de dióxido de carbono y la válvula y presione el botón completa de reacción para neutralizar el catalizador. Para empezar la secuencia de desmontaje, abra la válvula manual de la bomba de vacío y déjelo funcionar durante 15 minutos a una temperatura superior. En este punto, seleccione desmontaje completo y recoger las calderas de bajo de la reacción en un matraz. Permitir el enfriamiento automatizado de proceso a ejecutar. Con las instrucciones del fabricante, mida las muestras colectadas con un viscosímetro rotacional. Si la velocidad es demasiado alta, no se obtiene lectura y elegirán a una velocidad más baja. Estos valores se utilizan para determinar la distribución del peso molecular del polímero.

Mucha información puede obtenerse de la medición de la viscosidad relativamente simple. La viscosidad de la muestra PDMS dividiendo su densidad produce su viscosidad cinemática. Ecuaciones empíricas, como la relación de Barrie, se relacionan con viscosidad cinemática para el peso molecular medio de viscosidad. Dividiendo el peso molecular medio de viscosidad 1.6, otro factor empírico de PDMS, da el peso molecular de medio en número, el peso promedio por la cadena del polímero. Dividiendo esto por el peso del monómero obtiene la longitud de cadena media o grado de polimerización, el número de unidades del monomer en el polímero. Sin embargo, puesto que la longitud de cadena calculado incluye el monómero no reaccionado, será artificialmente bajo. Debe aplicarse una corrección que tenga en cuenta para la conversión fraccional. Estos son resultados típicos para el peso molecular medio de viscosidad y grado de polimerización de PDMS con tiempo de reacción. En esta reacción, se utilizó una gran cantidad de bloqueador de la final, que se detiene el crecimiento de la cadena y forma un grupo final de trimetil, resultando en un bajo grado de final de la polimerización. La conversión fraccionaria también se puede determinar como una función del tiempo. Suponiendo cinética irreversible y que el polímero se produjo en una longitud de cadena constante, el orden de reacción con respecto al monómero fue determinado para ser la primera orden, según ha confirmado el ajuste razonable. Una constante de velocidad de 0,054 minutos inversas se calculó, que concuerda con otros estudios que reportan una constante de velocidad de primer orden de 0,06 minutos inversas de este monómero en condiciones similares.

Polímeros sintéticos se encuentran en una amplia gama de productos, tanto en la escala industrial y comercial. Veamos algunos ejemplos comunes. Polímeros de Siloxano, como PDMS, se pueden formar industrialmente mediante varias técnicas, tales como moldeo por inyección. Son adecuados para diversas aplicaciones, incluyendo lubricantes, Sellantes, detergentes, aislamiento eléctrico, pinturas y sanitarios. Implantes médicos y sondas, como este prototipo, son de destacar, como PDMS es no peligroso, tiene mínimos efectos toxicológicos, resiste moderadamente concentrados ácidos y bases. Por estas razones, la FDA ha aprobado el uso de PDMS en el campo de la medicina. Síntesis PDMS es un ejemplo de la polimerización de la anillo-abertura, una forma común de polimerización de crecimiento de cadena. En polimerizaciones de la apertura, la cadena abre iterativamente monómeros cíclicos para formar centros reactivos sucesivos sobre el polímero. Dependiendo del sistema, el centro reactivo puede ser radical, aniónicos o catiónicos. Este proceso permite el estricto control de la distribución de peso molecular, aunque esto a su vez, puede causar problemas con la protuberancia. Se ha demostrado que con algunos polímeros de peso molecular más alto en la mezcla proporciona un carrete más uniforme.

Sólo ha visto la introducción de Zeus a la polimerización de adición. Ahora debe entender los conceptos de polimerización y cómo puede determinar viscosidad cinética y conversión de monómero. Gracias por ver.

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