Überkritisches Kohlendioxid als Reaktionsmedium für die Dispersionspolymerisation

Abstract

Überkritisches Kohlendioxid (CO2) ist für die Polymerisation von besonderem Interesse. Die Dispersionspolymerisation von N-Vinylpyrrolidon (VP) wurde mit Polystyrol-Polydimethylsiloxan Diblockcopolymeren (PS-b-PDMS) in diesem Medium durchgeführt. Hierfür wurde ein neues Hochdrucklabor eingerichtet, eine Sichtzelle und eine neuartige Lichtstreuzelle konstruiert. Für die Durchführung von Lichtstreuexperimenten wurde der Brechungs-index von CO2 bis zu hohen Dichten an einer Reflexionsapparatur bestimmt. Mittels dynamischen Lichtstreumessungen an Polydimethylsiloxan (PDMS) in überkritischem CO2 wurden unter den untersuchten Bedingungen ein Radius bestimmt, wie er für ungestörte Knäueldimensionen erwartet wurde. Das PS-b-PDMS wurde mittels anionischer Polymerisation mit verschiedenen Blocklängen und sehr engen Molekulargewichtsverteilungen synthetisiert. Das Phasenverhalten von PS-b-PDMS wurde in überkritischem CO2 visuell und in einer VP/CO2-Mischung mittels Turbidimetrie untersucht. Das Monomer wirkt als Co-Solvens für den PDMS-Block des Stabilisators. Bei einer Konzentration von ca. 1 Gew.-% PS-b-PDMS (pro Monomer) in CO2 bei 38 MPa und 80°C wurden sphärische ca. 1µm große PVP-Partikeln synthetisiert. PS-b-PDMS ist unter diesen Bedingungen ein geeigneter Stabilisator für die Polymerisation von VP in überkritischem CO2. Bei Konzentrationen von mehr als ca. 5 Gew.-% PS-b-PDMS wurden agglomerierte Partikeln beobachtet. Die Kinetik der Partikelentstehung wurde turbidimetrisch untersucht. Bereits in der frühen Phase der Polymerisation wurde eine anwachsende Partikelgröße gefunden.

Supercritical carbondioxide (sc-CO2) is of special interest for polymerizations. The dispersion poly-merization of N-vinylpyrrolidone (VP) was performed with polystyrene-polydimethylsiloxane diblockcopolymers (PS-b-PDMS) in this medium. Therefore a high pressure lab was equipped, a view-cell constructed and a new light-scattering cell developed. The refractive index of CO2 has been mea-sured with a reflexion apparatus up to high densities to evaluate the light-scattering data. A hydrody-namic radius in the order of ideal coil dimensions was found for polydimethylsiloxane (PDMS) under various conditions by dynamic light scattering. PS-b-PDMS has been synthesized anionically with different block sizes and narrow weight distributions. The phase behaviour of PS-b-PDMS in sc-CO2 was investigated visually and by turbidity in a VP/CO2-mixture. VP acts as a co-solvent for the stabi-lizer. Spherical particles with 1 micron in size were synthesized in sc-CO2 at 80°C and 38 MPa with 1 %-wt (due to VP) of PS-PDMS. Thus PS-b-PDMS is a suitable stabilizer under this conditions for the polymerization of VP in sc-CO2. At higher concentrations agglomerated particles were found. The kinetic of this reaction was monitored by turbidity. In the early stage a growing particle size was found.