Simulation of temperature effect on the structure control of polystyrene obtained by atom-transfer radical polymerization

Simulación del efecto de la temperatura en el control de la estructura del poliestireno obtenido por polimerización radical por transferencia de átomos

Este trabajo utiliza un nuevo modelado cinético y simulaciones para analizar el efecto de la temperatura en las propiedades del poliestireno obtenidas por polimerización radical por transferencia de átomos (ATRP). A diferencia de lo que se ha publicado tradicionalmente en los trabajos de modelización de ATRP, se han considerado reacciones de "ruptura" en el mecanismo con el objetivo de reproducir el proceso a altas temperaturas. 

Los resultados sugieren que existe una temperatura límite superior (130 °C), por encima de la cual la arquitectura del polímero pierde el control. Además, para el sistema considerado en este trabajo, la temperatura óptima de operación fue de 100 °C, ya que a esta temperatura se obtiene un polímero con un índice de polidispersidad muy bajo, a una velocidad de polimerización considerablemente rápida. Por tanto, el presente trabajo proporciona no sólo una herramienta para estudiar los procesos ATRP mediante simulaciones, sino también una herramienta de análisis y optimización, siendo una base para futuros trabajos que traten sobre este monómero y proceso.

INTRODUCCIÓN

La polimerización por radicales de transferencia de átomos (ATRP) es una técnica poderosa para la síntesis controlada de polímeros que proporciona varias arquitecturas macromoleculares: polímeros con distribución estrecha de peso molecular, copolímeros en bloque, aleatorios o en gradiente, y polímeros funcionalizados. La ATRP tiene un gran interés en el ámbito académico e industrial porque puede usarse para diversos monómeros, puede realizarse a temperaturas moderadas y es muy resistente a las impurezas.

La ATRP se ha utilizado industrialmente desde 2005 con productos comerciales fabricados en Estados Unidos, Japón y Europa. Algunos procesos fundamentales basados en bajas cantidades de catalizador, como ARGET y ICAR ATRP, deberían ser introducidos pronto a escalas comerciales, pero un mayor escalado requerirá aportes sinérgicos de la ingeniería de procesos, convirtiendo sistemas por lotes en procesos continuos, fenómenos de transporte y considerando complejas estabilidades como la temperatura.

Una comprensión profunda del mecanismo es necesaria no solo para la optimización del proceso de ATRP, sino también para expandir el rango de monómeros polimerizables, reducir la cantidad de catalizador y permitir la síntesis de polímeros mejor definidos, lo cual está relacionado principalmente con la temperatura. Esta es una de las variables más importantes en los sistemas de polimerización controlada, ya que tiene una influencia considerable en la velocidad de polimerización y en las propiedades del polímero. Las altas temperaturas aceleran el proceso, pero proporcionan valores altos de dispersidad, lo cual no es deseable.