Polimerização catiônica do estireno em emulsão iniciada pelo líquido iônico BMI.Fe2CI7

Abstract

As demandas do mercado atual colocam uma pressão cada vez maior sobre o desenvolvimento de novos polímeros e de processos de polimerização mais eficientes, capazes de atender especificações cada vez mais rigorosas, especialmente na parte de requisitos de segurança e meio ambiente. A utilização dos líquidos iônicos (LI), sais fundidos líquidos a temperatura ambiente, tem chamado a atenção, principalmente quando utilizados em conjunto de commodities poliméricos, como é o caso do poliestireno. Neste contexto, o líquido iônico heptacloro-bis-ferrato de 1-n-butil-3-metilimidazólio (BMI.Fe2Cl7), foi utilizado como iniciador na polimerização catiônica em emulsão do estireno. Foram avaliados os efeitos de diferentes temperaturas de reação, concentrações de líquido iônico e surfactante, bem como, do teor de sólidos nas propriedades dos polímeros formados, como distribuição de massas molares e tamanho de partícula. Foram obtidos polímeros com altas massas molares, acima de 1000 kDa, com 75 ± 5 % de conversão e tamanho médio de partículas de 100 nm, formados por nucleação micelar. Os tamanhos de partícula e as massas molares aumentaram com a diminuição da concentração de surfactante utilizada nas reações. Menores concentrações de BMI.Fe2Cl7 resultaram na diminuição do período de indução inicial observado, assim como, levaram à formação de cadeias poliméricas maiores. Mesmo em baixas concentrações, utilizando uma razão molar LI/monômero de 1/1000, o LI se mostrou eficiente para as polimerizações catiônicas em emulsão do estireno. A robustez apresentada pelo líquido iônico na polimerização em emulsão do estireno abre novas possibilidades para polimerizações catiônicas em meio heterogêneo e apresenta à literatura um novo meio de se obter poliestireno com elevada massa molar com dispersões relativamente baixas.

Abstract: Current market demands put an increasing pressure on the development of new polymers and efficient polymerization processes able to attend growingly stringent quality specifications, especially safety requirements and environmental regulations. The use of ionic liquids (LI), molten salts at room temperature, has drawn attention mainly when used together with polymeric commodities, such as polystyrene. In this context, the ionic liquid 1-n-butyl-3-n-methylimidazolium heptachlorodiferrate (BMI.Fe2Cl7) was used as initiator in the cationic emulsion polymerization of styrene. The effect of different reaction temperatures, ionic liquid and surfactant concentrations, as well as, of solids content on polymer properties as molar mass distribution and particle size. High molecular weight, above 1000 kDa, were achieved 75 ± 5 % of conversion in 100 nm polystyrene particles formed by micellar nucleation. Particle sizes and molecular weights increased with the decrease of the amount of surfactant. Lower concentrations of BMI.Fe2Cl7 decreased the induction time observed and lead to the formation of longer polymer chains. Even at low concentrations, using a molar ratio LI/monomer of 1/1000, the ionic liquid proved to be efficient for cationic emulsion polymerizations of styrene. Robustness presented by ionic liquid in emulsion polymerization of styrene open new possibilities for cationic polymerizations in heterogeneous medium and present to literature a new route of obtaining polystyrene with high molar mass and relatively low dispersions.