Polimerización por dispersión

En la ciencia de los polímeros , la polimerización por dispersión es un proceso de polimerización heterogénea que se lleva a cabo en presencia de un estabilizador polimérico en el medio de reacción. La polimerización por dispersión es un tipo de polimerización por precipitación , lo que significa que el disolvente seleccionado como medio de reacción es un buen disolvente para el monómero y el iniciador, pero no es un disolvente para el polímero. ^{[ 2 ]} A medida que avanza la reacción de polimerización, se forman partículas de polímero, creando una solución no homogénea. En la polimerización por dispersión, estas partículas son el lugar de la polimerización, y el monómero se añade a la partícula a lo largo de la reacción. En este sentido, el mecanismo de formación y crecimiento del polímero tiene características similares a las de la polimerización en emulsión . ^{[ 3 ]} En la polimerización por precipitación típica, la fase continua (la solución disolvente) es el lugar principal de la polimerización, que es la principal diferencia entre precipitación y dispersión.

Al inicio de la polimerización, los polímeros permanecen en solución hasta que alcanzan un peso molecular crítico (PM), momento en el que precipitan. ^{[ 4 ]} Estas partículas iniciales de polímero son inestables y se coagulan con otras partículas hasta que se forman partículas estabilizadas. Después de este punto de la polimerización, el crecimiento solo ocurre por adición de monómero a las partículas estabilizadas. ^{[ 4 ]} A medida que las partículas de polímero crecen, las moléculas estabilizadoras (o dispersantes) se unen covalentemente a la superficie. Estas moléculas estabilizadoras son generalmente copolímeros de injerto o de bloque, y pueden estar preformadas o formarse in situ durante la reacción. ^{[ 2 ]} Típicamente, un lado del copolímero estabilizador tiene afinidad por el disolvente, mientras que el otro lado tiene afinidad por la partícula de polímero que se está formando. Estas moléculas desempeñan un papel crucial en la polimerización por dispersión al formar una "capa peluda" alrededor de las partículas que evita la coagulación de las mismas. ^{[ 4 ]} Esto controla el tamaño y la estabilidad coloidal de las partículas en el sistema de reacción. La fuerza impulsora para la separación de partículas es el impedimento estérico entre las colas orientadas hacia afuera de las capas estabilizadoras. ^{[ 4 ]}

La polimerización por dispersión puede producir partículas de polímero casi monodispersas de 0,1 a 15 micrómetros (μm). Esto es importante porque cubre la brecha entre el tamaño de partícula generado por la polimerización en emulsión convencional (0,006–0,7  μm) en el proceso por lotes y el de la polimerización en suspensión (50–1000  μm). ^{[ 4 ]}

Las partículas producidas por polimerización en dispersión se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones. Tóneres, estándares de calibración de instrumentos, materiales de relleno de columnas de cromatografía, espaciadores de pantallas de cristal líquido y análisis biomédicos y bioquímicos utilizan estas partículas monodispersas de tamaño micrométrico, partículas que eran difíciles de obtener antes del desarrollo de los métodos de polimerización en dispersión. ^{[ 4 ]} Las dispersiones también se utilizan como recubrimientos superficiales. A diferencia de los recubrimientos en solución, los recubrimientos en dispersión tienen viscosidades independientes del peso molecular del polímero. Las viscosidades de las dispersiones son ventajosamente más bajas que las de las soluciones con niveles prácticos de polímero. ^{[ 4 ]} Esto permite una aplicación más sencilla del recubrimiento.

Un sistema de polimerización por dispersión que se está estudiando es el uso de dióxido de carbono líquido supercrítico (scCO₂ ₎ como disolvente. ^{[ 5 ]} Debido a sus propiedades disolventes únicas, el CO₂ supercrítico _es un medio ideal para la polimerización por dispersión en muchos sistemas de monómeros solubles con polímeros insolubles. Por ejemplo, los polímeros pueden separarse liberando la alta presión a la que se mantiene el scCO₂ _. Este proceso es más eficiente que los procesos de secado típicos. ^{[ 5 ]} Además, los principios de la polimerización por dispersión con scCO₂ _siguen los principios de la química verde : baja toxicidad del disolvente, baja generación de residuos, economía atómica eficiente y evitación de etapas de purificación. ^{[ 5 ]}