Processi di polimerizzazione in sistemi omogenei

Secondo le proprietà dei monomeri di partenza,  del meccanismo di reazione, delle necessità applicative sono stati messi a punto numerosi processi di polimerizzazione.

Polimerizzazione in massa. E’ un processo di conversione diretta di uno o più monomeri nel corrispondente polimero; se il polimero è solubile nel monomero si è in presenza di una fase omogenea durante tutto il corso della polimerizzazione.

I processi commercialmente più importanti sono quelli che avvengono in fase liquida. La possibilità di realizzare industrialmente la polimerizzazione in massa dipende dal calore di polimerizzazione del monomero infatti il processo è applicabile vantaggiosamente quando il valore del calore di polimerizzazione non risulta particolarmente elevato e quindi la reazione risulta facilmente controllabile.

Vi sono inoltre altri fattori che condizionano il successo di tale polimerizzazione quali la reattività del monomero, la conducibilità termica del monomero e del polimero e la viscosità del sistema. Un monomero troppo reattivo quale l’acrilato di metile, l’ acido acrilico , il tetrafluoroetilene, ad esempio, non dà garanzia di un controllo della reazione. La conducibilità termica inoltre influisce direttamente sulla possibilità di smaltimento del calore di reazione e la viscosità del sistema deve risultare relativamente bassa durante il corso della reazione al fine di avere una facile agitazione e una rapida eliminazione di eventuali prodotti gassosi  dall’interno della massa fusa.

La polimerizzazione in massa è utilizzata preferibilmente nei processi che decorrono a stadi ovvero in quelli di policondensazione. Infatti, in tale caso i pesi molecolari  crescono gradualmente nel corso della reazione e gli alti pesi molecolari si ottengono solo verso la fine della reazione.

La polimerizzazione in massa è di più difficile applicazione se la reazione avviene tramite un meccanismo a catena: in questo caso si ha un forte sviluppo di calore che va rapidamente smaltito e con elevate viscosità dei prodotti finali che favoriscono fenomeni di surriscaldamento locale. Il controllo del processo risulta pertanto difficile e si può arrivare finanche a processi di degradazione. Per limitare questo tipo di problematiche è conveniente arrestare il processo a bassi valori di conversione, allontanare il monomero in eccesso e completare la reazione in un secondo stadio. Esempi di applicazione industriale di polimerizzazione in massa sono:

  • La produzione di poliesametilendiammide  a partire da esametilendiammina e acido adipico   a 200°C  e 15 atm fino all’80%  di conversione e successivo completamento della reazione a circa 300°C (fibre di nylon)
  • La sintesi di polietilentereftalato  a partire da glicole etilenico e dimetiltereftalato dalla cui reazione si ottiene il monomero di partenza il bis-2-idrossietiltereftalato (fibre poliestere)
  • La sintesi del polistirene realizzata in due stadi: nel primo a 80°C  viene preparato un prepolimero costituito da una soluzione contenente circa il 30% di polimero in stirene che consente ancora un efficiente mescolamento e un buon trasferimento di calore
  • La produzione di pezzi di polimetilmetacrilato per polimerizzazione a 60-100 °C di un prepolimero di adatta viscosità colato in opportuni stampi (plexiglass)

Polimerizzazione in soluzione

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Author: Chimicamo

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