Polymerisationsreaktionen

Es gibt eine Vielzahl von Techniken, die für Polymerisationsreaktionen eingesetzt werden. Alle Techniken haben das gleiche Ziel, spezifische strukturelle und physikalische Eigenschaften für das Polymer zu erreichen.

Zu den Techniken für Additionsreaktionen gehören:

• Bulk-Polymerisation – Reine, flüssige Monomere werden zu Polymeren umgesetzt, einschließlich PVC oder LDPE.
• Lösungspolymerisation – Monomer und Initiator werden in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst und das Polymer bildet sich in Lösung. Das Polymer kann durch Verdampfen zurückgewonnen oder in Lösung belassen werden, um in Beschichtungen und Klebstoffen verwendet zu werden. Polymere, wie z. B. Polyacrylsäure, werden üblicherweise durch Lösungspolymerisation hergestellt.
• Suspensionspolymerisation – Unlösliche Monomere werden in einer wässrigen Lösung dispergiert und nach Beginn der Reaktion bilden sich kleine Polymerkügelchen in der Lösung. Kleine, gleichmäßig große Polystyrolkügelchen werden durch Suspensionspolymerisationen gebildet.
• Emulsionspolymerisation – Unlösliches Monomer wird in Gegenwart eines Tensids als Emulsion in Wasser dispergiert, und es bilden sich einzelne polymere Mikropartikel mit hohem Molekulargewicht (Latex). Farben und Lacke sowie Klebstoffe sind weit verbreitete Produkte, die durch Emulsionspolymerisationen entstehen.

Zu den Techniken für Kondensationsreaktionen gehören:

• Schmelzpolymerisation – Alle Reaktanten werden sauber miteinander vermischt und die Reaktionstemperatur wird über die Schmelztemperatur des resultierenden Polymers erhöht. Polyester- und Polyamidfasern werden aus Schmelzekondensationen gebildet.
• Lösungskondensation – Alle Reaktanten (Monomer, Katalysator) werden in einem Lösungsmittel miteinander vermischt, das nicht reagiert. Synthetische Elastomere entstehen durch Lösungskondensation.
• Interphasenkondensation – Die Polymerisationsreaktion findet statt und das resultierende Polymer befindet sich an der Grenzfläche zweier nicht mischbarer Phasen. Polyaniline und Polyimide werden häufig durch Interphasenkondensation gebildet.

Gut regulierte Polymerisationsreaktionen ergeben Moleküle, die in Bezug auf Zusammensetzung, Molekulargewicht, Molekulargewichtsverteilung, strukturelle und physikalische Eigenschaften gut charakterisiert sind. Ein gründliches Verständnis dieser Elemente stellt sicher, dass das synthetisierte Polymer in seinem beabsichtigten Verwendungszweck "fit for purpose" ist. Um dies zu erreichen, ist es notwendig, die vielen chemischen und Reaktionsparameter, die mit dem Syntheseprozess verbunden sind, zu verstehen und sorgfältig zu kontrollieren. Die Infrarotspektroskopie hat sich als sehr wertvoll erwiesen, um diese Herausforderung zu meistern. Die Echtzeit-In-situ-Spektroskopie hat sich als besonders wertvoll erwiesen, um Einblicke in wichtige kinetische, mechanistische und chemische Strukturinformationen zu erhalten und gleichzeitig die Schwierigkeiten zu beseitigen, die mit Offline-Messungen von Polymerisationsreaktionen verbunden sind. In den letzten drei Jahrzehnten war die Untersuchung von Polymerisationsreaktionen vom Labor über das Scale-up bis hin zur Produktion eine der produktivsten und wertvollsten Anwendungen für die In-situ-FTIR  - und Raman-Spektroskopie.

Die In-situ-FTIR  - und Raman-Spektroskopie in Echtzeit bietet erweiterte Kenntnisse und verbesserte Leistung bei der Untersuchung von Polymerisationsreaktionen und ermöglicht es Wissenschaftlern:

• Analyse eines breiten Spektrums von Polymerisationsreaktionen, einschließlich homogener (z. B. freie Radikale und Kondensation) und heterogener (z. B. Emulsion und Mikroemulsion)
• Präzise Messung von Monomeren, Präpolymeren und Polymeren über einen weiten Konzentrationsbereich aufgrund charakteristischer Spektralbänder im mittleren IR
• Erfassung von Daten zur Reaktionskinetik, Monomer-Umwandlungsraten, Reaktivitätsverhältnissen, Aktivierungsenergien, Rolle von Initiatoren, Zwischenprodukten und Nebenproduktbildung
• Verfolgung der Umwandlungsraten einzelner Monomere und der Gesamtzusammensetzung des Polymers in Copolymer- und Mehrkomponentenpolymerisationen
• Untersuchung des Kettenwachstums, der Vernetzung und der Aushärtung
• Verständnis der mechanistischen Rolle von Katalysatoren bei Polymerisationsreaktionen; Bestimmung der aktiven Spezies und Kinetik des Katalysators
• Überwachung und proaktive Anpassung der Reaktionsbedingungen nach Bedarf, um die Einhaltung der beabsichtigten Endproduktspezifikationen sicherzustellen
• Messen Sie den Restmonomergehalt und stellen Sie sicher, dass sie den Produkt- und regulatorischen Anforderungen entsprechen. Passen Sie die Chargenverhältnisse und andere Reaktionsvariablen an, um die vorhandenen Mengen zu minimieren.

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