Polymerisationsreaktioner

Det finns en mängd olika tekniker som används för polymerisationsreaktioner. Alla tekniker har samma mål att uppnå specifika strukturella och fysikaliska egenskaper för polymeren.

Tekniker för additionsreaktioner inkluderar:

• Bulkpolymerisation – Snygga, flytande monomerer reagerar för att bilda polymerer, inklusive PVC eller LDPE.
• Lösningspolymerisation – Monomeren och initiatorn löses upp i ett lämpligt lösningsmedel och polymeren bildas i lösning. Polymeren kan återvinnas genom avdunstning eller lämnas i lösning för att användas i beläggningar och lim. Polymerer, såsom polyakrylsyra, tillverkas vanligtvis via lösningspolymerisation.
• Suspensionspolymerisation – Olösliga monomerer dispergeras i en vattenlösning och efter reaktionsinitiering bildas små polymersfärer i lösningen. Små, likformiga polystyrenpärlor bildas genom suspensionspolymerisationer.
• Emulsionspolymerisation – Olöslig monomer dispergeras i vatten som en emulsion i närvaro av ett ytaktivt ämne, och individuella polymera mikropartiklar med hög molekylvikt bildas (latex). Färger och beläggningar, såväl som lim, är allmänt använda produkter som bildas genom emulsionspolymerisationer.

Tekniker för kondensationsreaktioner inkluderar:

• Smältpolymerisation – Alla reaktanter blandas ihop snyggt och reaktionstemperaturen höjs över smälttemperaturen för den resulterande polymeren. Polyester- och polyamidfibrer bildas av smältkondensationer.
• Lösningskondensation – Alla reaktanter (monomer, katalysator) blandas ihop i ett lösningsmedel som inte reagerar. Syntetiska elastomerer bildas genom lösningskondensation.
• Interfaskondensation – Polymerisationsreaktionen äger rum och den resulterande polymeren finns i gränssnittet mellan två oblandbara faser. Polyaniliner och polyimider bildas ofta genom kondensation mellan faser.

Välreglerade polymerisationsreaktioner ger molekyler som är väl karakteriserade med avseende på sammansättning, molekylvikt, molekylviktsfördelning, strukturella och fysikaliska egenskaper. En grundlig förståelse av dessa element säkerställer att den syntetiserade polymeren är "lämplig för ändamålet" i sin avsedda användning. För att uppnå detta är det nödvändigt att förstå och noggrant kontrollera de många kemiska och reaktionsparametrar som är förknippade med den syntetiska processen. Infraröd spektroskopi har visat sig vara mycket värdefull för att möta denna utmaning. In-situ-spektroskopi i realtid har visat sig vara särskilt värdefullt för att ge insikt i viktig kinetisk, mekanistisk och kemisk strukturinformation, samtidigt som man eliminerar de svårigheter som är förknippade med offlinemätningar av polymerisationsreaktioner. Under de senaste tre decennierna har undersökningen av polymerisationsreaktioner från laboratoriet genom uppskalning till produktion varit en av de mest produktiva och uppskattade användningsområdena för in-situ FTIR och Raman-spektroskopi.

Realtids, in-situ FTIR och Raman-spektroskopi ger ökad kunskap och förbättrad prestanda vid undersökning av polymerisationsreaktioner och gör det möjligt för forskare att:

• Analysera ett brett spektrum av polymerisationsreaktioner, inklusive homogena (t.ex. fria radikaler och kondensation) och heterogena (t.ex. emulsion och mikroemulsion)
• Mät monomerer, prepolymerer och polymerer noggrant över ett brett koncentrationsområde som ett resultat av karakteristiska mid-IR-spektralband
• Samla in data för reaktionskinetik, monomeromvandlingshastigheter, reaktivitetskvoter, aktiveringsenergier, roll som initiatorer, intermediärer och biproduktbildning
• Spåra omvandlingshastigheter för enskilda monomer och den övergripande polymersammansättningen i sampolymer- och flerkomponentpolymerisationer
• Undersök kedjetillväxt, tvärbindning och härdning
• Förstå katalysatorers mekanistiska roll i polymerisationsreaktioner; bestämma katalysatorns aktiva art och kinetik
• Övervaka och proaktivt justera reaktionsförhållandena efter behov för att säkerställa överensstämmelse med avsedda slutproduktspecifikationer
• Mät restmonomernivåer och säkerställ att de uppfyller produkt- och myndighetskrav. Justera laddningsförhållanden och andra reaktionsvariabler för att minimera de närvarande mängderna.

1. Butler, F., Fiorentini, F., Eisenhardt, K. H. S., & Williams, C. K. (2025). Heterodinukleära Co(III)NA(I)-katalysatorer för ringöppnande sampolymerisation av propenoxid och koldioxid. Makromolekyler. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.5c01529
2. Raghuraman, A., Spinney, H. A., Wilson, D. R., Villa, C., Arora, S., Majumder, A., De La Hoz, J. M. M., Paradkar, M., Gies, AP, Suzuki, M., Keaton, A., Mukhopadhyay, S., Bernales, V., Masy, J., & Kennedy, R. D. (2025). Triarylboran-katalyserad ringöppningspolymerisation av propylenoxid: En väg till överlägsna polyuretaner. Forskning inom industriell och teknisk kemi. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.5c01981
3. Ellis, S., Buchard, A., & Junkers, T. (2024). Depolymerisering av poly(laktid) under kontinuerliga flödesförhållanden. Kemisk vetenskap. https://doi.org/10.1039/d4sc05891g
4. Ford, M. J., Porcincula, D. H., Telles, R., Mancini, J. A., Wang, Y., Rizvi, M. H., Loeb, C. K., Moran, B. D., Tracy, J. B., Lewis, J. A., Yang, S., Lee, E., & Cook, C. C. (2024). Rörelse med ljus: Fotoresponsiv formmorfning av tryckta flytande kristallelastomerer. Materia, 7(3), 1207–1229. https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.01.006 (på engelska) 
5. Huang, Y., Xue, X., & Fu, K. (2020). Applicering av sfäriska polyelektrolytborstar mikropartikelsystem vid flockning och retention. Polymerer, 12(4), 746. https://doi.org/10.3390/polym12040746
6. Sankaranarayanan, S., Likozar, B., & Navia, R. (2019). Partikelstorleksanalys i realtid med hjälp av den fokuserade strålreflektansmätningssonden för in situ-tillverkning av polyakrylamid–Filler-kompositmaterial. Vetenskapliga rapporter, 9(1). https://doi.org/10.1038/s41598-019-46451-x
7. Zhang, D., Zhang, Y.,, Y., Rager, M., Guérineau, V., Bouteiller, L., Li, M., & Thomas, CM (2019). Polymerisation av cykliska karbamater: En praktisk väg till alifatiska polyuretaner. Makromolekyler, 52(7), 2719–2724. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.9b00436
   
8. Ambrose, K., Murphy, J. N., & Kozak, C. M. (2019). Kromaminobis(fenolat)komplex som katalysatorer för ringöppnande polymerisation av cyklohexenoxid. Makromolekyler, 52(19), 7403–7412. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.9b01381
   
9. Ellis, S. N., Riabtseva, A., Dykeman, R. R., Hargreaves, S., Robert, T., Champagne, P., Cunningham, M. F., & Jessop, P. G. (2019). Kväverika CO2-responsiva polymerer som framåtriktad osmos drar till sig lösta ämnen. Forskning inom industriell och teknisk kemi, 58(50), 22579–22586. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.9b04858
   
10. Zhang, J., Wu, Y., Chen, K., Zhang, M., Gong, L., Yang, D., Li, S., & Guo, W. (2019). Egenskaper och mekanism för vinyleterkatjonisk polymerisation i vattenhaltiga medier initierad av Alcohol/B(C6F5)3/ET2O. Polymerer, 11(3), 500. https://doi.org/10.3390/polym11030500
    
11. Anderson, T. S., & Kozak, C. M. (2019). Ringöppningspolymerisation av epoxider och ringöppnande sampolymerisation av CO₂ med epoxider med hjälp av en zinkamino-bis(fenolat) katalysator. European Polymer Journal, 120, 109237. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2019.109237
    
12. Barroso, R. G. M. R., Gonçalves, S. B., & Machado, F. (2019). Ett nytt tillvägagångssätt för syntes av mjölksyrabaserade polymerer i ett vattenhaltigt dispergerat medium. Hållbar kemi och farmaci, 15 100211. https://doi.org/10.1016/j.scp.2019.100211
    
13. Januszewski, R., Kownacki, I., Maciejewski, H., & Marciniec, B. (2019). Övergångsmetallkatalyserad hydrosilylering av polybutadien - Effekten av substituenter vid kisel på effektiviteten av silylfunktionaliseringsprocessen. Tidskrift för katalys, 371, 27–34. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2019.01.026
    
14. Ambrose, K., Robertson, K. N., & Kozak, C. M. (2019). Koboltamino-bis(fenolat) komplex för koppling och sampolymerisation av epoxider med koldioxid. Dalton Transaktioner, 48(18), 6248-6260. https://doi.org/10.1039/c9dt00996e
    
15. Andrea, K. A., & Kerton, F. M. (2019). Triarylboran-katalyserad bildning av cykliska organiska karbonater och polykarbonater. ACS-katalys, 9(3), 1799–1809. https://doi.org/10.1021/acscatal.8b04282
16. Liu, X., Wen, Y., Qu, J., Geng, X., Chen, B., Wei, B., Wu, B., Yang, S., Zhang, H., & Ni, Y. (2019). Förbättring av salttolerans och termisk stabilitet hos nanofibriller av cellulosa genom ympningsmodifiering. Kolhydratpolymerer, 211, 257–265. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.02.009
17. Rodič, P., Milošev, I., Lekka, M., Andreatta, F., & Fedrizzi, L. (2018). Korrosionsbeteende och kemisk stabilitet hos transparenta hybrid sol-gel-beläggningar deponerade på aluminium i sura och alkaliska lösningar. Framsteg inom organiska beläggningar, 124, 286–295. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2018.02.025
18. Oliveira, M., Behrends, S. L., Rosa, I. R., & Petzhold, C. L. (2017). Användning av ett tritiokarbonyl RAFT-medel utan modifiering som (Co)stabilisator vid miniemulsionspolymerisation. Journal of Polymer Science Part A Polymer Chemistry, 55(10), 1687–1695. https://doi.org/10.1002/pola.28515
19. An, M., La, F., Mr, S., Gm, B., C, H., D, D. L. M., Jc, P., & M, N. (2017). Inkapsling av Piper cabralanum (Piperaceae) opolärt extrakt i poly(metylmetakrylat) genom miniemulsion och utvärdering av ökad effektivitet av antileukemisk aktivitet i K562-celler. DOAJ (DOAJ: Directory of Open Access Journals). https://doaj.org/article/3859d040eeb34fb688c59bdb010c4923