6.6.1 Procesbeschrijving

Bij een dispersiepolymerisatie[1][2],[3],[4] zijn monomeer en initiator beide oplosbaar in het polymerisatie medium, maar is het medium een te slecht oplosmiddel voor het resulterende polymeer. Het reactiemengsel is dus wel homogeen aan het begin en de polymerisatie wordt dus geïnitieerd in een homogene oplossing.

Afhankelijk van de oploskracht van het medium voor de resulterende macroradicalen en macromoleculen, treedt er fasescheiding op in een vroeg tijdstip van de reactie. Dit leidt tot nucleatie en de vorming van primaire deeltjes, zoals weergegeven is in figuur 10. Echter de primaire deeltjes, die zijn ontstaan in de dispersiepolymerisatie, zwellen op door het polymerisatiemedium en/of monomeer. Als gevolg hiervan vindt de polymerisatie grotendeels plaats binnenin de afzonderlijke deeltjes, wat leidt tot de vorming van bolvormige deeltjes in de range van 0.1-10 um.

Typische voorbeelden van dispersiepolymerisatie zijn die van styreen en methylmethacrylaat in koolwaterstoffen of C1-C5 alcohol. Door te polymeriseren in respectievelijk methanol, ethanol, isopropanol en t-butanol, neemt de oplosbaarheid van het medium voor polystyreen toe waardoor de verkregen gemiddelde deeltjesgrootte toeneemt van 1.8, 2.8, 3.2 naar 5.2 um.

Figuur 10. Schematische weergave van de kernvorming (vorming van nieuwe fase, “nucleation”) en deeltjesgroei in een dispersie polymerisatie. M = monomeer; I = initiator; -- = stabilisator; -- = macromolecuul of macroradicaal.

6.6.2 Stabilisatie van deeltjesgrootte

Dispersies van deeltjes die worden geproduceerd in afwezigheid van een of andere stabilisator zijn niet voldoende stabiel en kunnen coaguleren tijdens de vorming. Het toevoegen van een klein percentage van een geschikte stabilisator aan het polymeer-mengsel leidt tot stabiele dispersies. Deeltjes stabilisatie in dispersiepolymerisatie wordt gewoonlijk aangeduid met “sterische stabilisatie” terwijl bij emulsiepolymerisatie meestal wordt gesproken van stabilisatie door middel van een emulgator of lading.

Goede stabilisatoren voor dispersiepolymerisaties zijn polymeer en oligomeer verbindingen met lage oplosbaarheid in het polymerisatiemedium en matige affiniteit voor de polymeerdeeltjes. Bijvoorbeeld methacrylische polymeren, die oligostearinegrafts bevatten (PMMA-gOSA), zijn zeer geschikt bevonden voor dispersiepolymerisaties van hydrofobe monomeren in petroleum koolwaterstoffen. Voor dispersiepolymerisatie in alcoholen en andere polaire oplosmiddelen, is er een grote range van polaire organische polymeren zoals polyvinylpyrrolidone, polyvinylalcohol en cellulose derivaten, met of zonder costabilisator beschikbaar. In veel gevallen wordt de stabilisator gegraft op het oppervlak van de polymeerdeeltjes. Soms tijdens soms na het polymerisatieproces.

6.6.3 Het regelen van de deeltjesgrootte

De deeltjesgrootte van de dispersiepolymerisatie wordt bepaald door de temperatuur van de polymerisatie, de concentratie van monomeer en initiator, het type en de concentratie stabilisator. Daarnaast bepaalt de oplosbaarheid van het polymerisatiemedium sterk de deeltjesgrootte.

Het effect van het medium op de deeltjesgrootte is zichtbaar bij de dispersiepolymerisatie van styreen in C1-C5-alcoholen. Door te polymeriseren in respectievelijk methanol, ethanol, isopropanol en t-butanol, neemt de oplosbaarheid van het medium voor de polystyreen toe waardoor de verkregen gemiddelde deeltjesgrootte toeneemt van 1.8, 2.8, 3.2 naar 5.2 um.

[1] Barret KEJ, “Dispersion Polymerization in Organic Media”, John Wiley, London, 1975.

[2] Almog Y, Reich S, Levy M, Brit. Polym. J. vol. 14 p131, 1982.

[3] Ober CK, Lok KP, Hair ML, J. Polym. Sci. A23: p 103, 1985.

[4] Tseng C.M. Lu NY, El-aasser MS, Vanderhoff JW, J. Poly. Sci. A-24 : p 2995, 1986.

>>6.7 Overzicht