Tehnologia Sintezei Polimerilor

1. ASPECTE TEORETICE

În prezent se folosesc cu succes schimbătorii de ioni sintetici de natură organică, de obicei copolimer pe bază de stiren divinilbenzen.

Prin copolimerizarea stirenului cu divinilbenzenul se obţin copolimeri reticulaţi, total insolubili şi infuzibili. Termostabilitatea acestor copolimeri depinde de densitatea reţelei tridimensionale, deci de conţinutul de divinilbenzen.

Termostabilitatea atinge valori mult mai ridicate decât ale homopolistirenului (120 – 160°C) iar proprietăţile mecanice sunt superioare.

Copolimerii stiren-divinilbenzen se obţin prin polimerizarea în bloc sau suspensie, ultimul procedeu fiind cel mai utilizat.

Polimerizarea în suspensie a fost concepută ca o variantă de lucru menită să optimizeze polimerizarea în masă, mai ales prin realizarea unui transfer de căldură mai bun şi înlăturarea în consecinţă a neajunsurilor legate de apariţia supraîncălzirilor locale.

Monomerii relativ insolubili în apă sunt suspendaţi prin agitare sub formă de picături în acest mediu. Procesul de polimerizare, cu toate actele mecanismului înlănţuit decurge în fiecare picătură de monomer care conţine dizolvat iniţiatorul şi care treptat se transformă într-o particulă de polimer solid (“granulă”, “perlă”).

Dacă la polimerizarea în masă amestecul de reacţie este practic monocomponent (iniţiatorul se utilizează în cantităţi infime comparativ cu monomerul), polimerizarea în suspensie presupune un număr crescut de componente, fiecăreia revenindu-i un rol bine determinat:

Funcţiile apei sunt cele ale unui excelent mediu schimbător de căldură, de vehiculare a materialelor pe parcursul transformării monomerului în polimer.

Monomerul este componenta principală polimerizabilă, care constituie în acelaşi timp mediul de dizolvare a iniţiatorului, regulatorului de masă moleculară şi constituie faza organică a sistemului de reacţie.

Iniţiatorii sunt practic cei comuni polimerizării în masă sau soluţie. Frecvent sunt folosite combinaţiile peroxidice (peroxizii de benzoil, lauroil, tolil, cumil) sau azo (azoizobutironitilul –AIBN).

Stabilizatorul de suspensie este o altă componentă importantă a sistemului de reacţie. Mecanismul prin care îşi exercită funcţia este riguros dependentă de natura sa (polimeri hidrosolubili sau substanţe anorganice). Polimerii se introduc de regulă în procente mici (2-3 %), se dizolvă în apă, crescând uşor viscozitatea mediului de reacţie.

Un rol important al stabilizatorului de suspensie este acela de a crea un film protector în jurul particulelor prevenind astfel fenomenele de coalescenţă.

Prin copolimerizarea stirenului cu p-divinil-benzen se realizează formarea directă a unui copolimer tridimensional.

Procesul decurge conform schemei:

La un anumit stadiu al reacţiei are loc gelifierea, cu formarea polimerului tridimensional insolubil. Gelifierea se realizează cu atât mai repede cu cât concentraţia divinil-benzenului este mai mare. Pe de altă parte, cu cât lungimea catenelor formate în decursul procesului de copolimerizare este mai mare, cu atât formarea copolimerului tridimensional poate avea loc cu o concentraţie mai mică de monomer divinilic.

Un conţinut ridicat de divinil-benzen micşorează permeabilitatea copolimerului pentru agentul de sulfonare şi drept urmare, aciditatea şi capacitatea de schimb a cationitului vor fi mai reduse.

Copolimerii obţinuţi din stiren şi divinilbenzen, prezintă marele avantaj că pot fi folosiţi şi ca anioniţi şi cationiţi în funcţie de grupele active grefate pe copolimer.

În amestec ei pot îndeplini chiar funcţie combinată anioniţi-cationiţi.

În comerţ ei se cunosc sub denumirea americană de “Amberlit” şi “Dowex”.

Anioniţii conţin deobicei grupe aminice (grupe cuaternare de amoniu) iar cationiţii grupe sulfonice (sub formă de –SO3H şi –SO3Na).

Parametrii care determină capacitatea de schimbători de ioni sunt daţi de numărul grupelor sulfonice, aminice cuaternare.

În funcţie de raportul stiren-divinilbenzen se pot obţine diferite grade de reticulare ale polimerului. Se realizează de obicei copolimeri stirenici cu 8 % divinilbenzen sau 4 % divinilbenzen.