Orientador: Roniérik Pioli Vieira

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: A Polimerização Radicalar por Transferência de Átomo (ATRP) é conhecida como a mais poderosa técnica de polimerização controlada. Esta técnica fornece a capacidade de sintetizar polímeros funcionais bem definidos com ampla gama de monômeros, em temperaturas brandas e, também, com um processo...

Resumo: A Polimerização Radicalar por Transferência de Átomo (ATRP) é conhecida como a mais poderosa técnica de polimerização controlada. Esta técnica fornece a capacidade de sintetizar polímeros funcionais bem definidos com ampla gama de monômeros, em temperaturas brandas e, também, com um processo resistente a impurezas. Porém, os catalisadores de metais de transição, que são necessários ao processo, levam à contaminação dos polímeros produzidos. O alto custo de purificação faz com que a ATRP acabe perdendo competitividade em termos de aplicação industrial. Felizmente, a recente descoberta da Polimerização Radicalar por Transferência de Átomo Organocatalisada (O-ATRP) surgiu como potencial alternativa para resolver este problema. A metodologia baseada em modelos é uma estratégia muito eficaz nos estudos de cinética de polimerização, pois permite uma análise de baixo custo, rápida e versátil, incluindo o estudo do mecanismo, a simulação do processo e previsão de resultados de propriedades, como massas molares e dispersidade. Assim, o principal objetivo deste trabalho foi compreender este novo processo, utilizando uma modelagem matemática para avaliar a cinética da O-ATRP e propriedades do poli(metacrilato de metila). Para a modelagem matemática, balanços de massa foram desenvolvidos para cada espécie, em um reator batelada. A partir destes balanços, o método dos momentos foi empregado para obter a conversão de monômero, massa molar e dispersidade. Os modelos foram resolvidos em um programa computacional desenvolvido no Mathcad e a validação da modelagem consistiu em uma análise do perfil simulado e dados da literatura, utilizando gráficos de dispersão. Foi realizada uma análise de sensibilidade paramétrica com o objetivo de estudar o efeito das constantes cinéticas utilizadas no processo. Com isso, os resultados mostraram que a constante de propagação apresenta uma maior influência no sistema, logo, maiores valores desta constante apresentaram maior efeito em relação à conversão, sem afetar diretamente a massa molar e a dispersidade. As constantes de transferência de cadeia e terminação entre radicais primários foram negligenciadas do processo. Por fim, com a análise do efeito da proporção de reagentes, infere- se que quanto maior a concentração de iniciador e catalisador há uma maior conversão de monômero sem perda do controle da polimerização. Além disso, a funcionalidade terminal permanece alta, indicando condições reacionais adequadas e uma alta taxa de polimerização

Abstract: Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) is known as the most powerful controlled polymerization technique. This technology provides a synthesizing ability of well-defined functional polymers with a wide range of monomers at low temperatures and also with an impurities-resistant...

Abstract: Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) is known as the most powerful controlled polymerization technique. This technology provides a synthesizing ability of well-defined functional polymers with a wide range of monomers at low temperatures and also with an impurities-resistant process. However, transition metal catalysts, which are necessary in the process, lead to the polymers contamination. The high cost of purification makes the ATRP end up losing competitiveness in terms of industrial applications. Fortunately, a recent discovery of Organocatalyzed Atom Transfer Radical Polymerization (O-ATRP) has emerged as a potential alternative to solve this problem. The model-based approach is a very effective strategy in studies of polymerization kinetics, as it allows a low cost, fast and versatile analysis, including the mechanism study, a process simulation and the prediction of properties results, such as molar masses and dispersity. Thus, the main objective of this work was to understand this new process, using mathematical modeling to evaluate the kinetics of O-ATRP and properties of poly(methyl methacrylate). For mathematical modeling, mass balances were developed for each species in a batch reactor. From these balances the method of moments was used to obtain the conversion of monomer, molar mass and dispersity. The models were solved in a computer program developed in Mathcad and the modeling validation consisted of a simulated profile analysis and data from the literature, using scatter plots. A parametric sensitivity analysis was carried out in order to study the effect of the kinetic constants used in the process. With this, the results showed that the propagation constant has greater influence on the system, therefore, higher values of this constant showed greater effect in relation to conversion, without directly affecting molar mass and dispersity. The chain transfer and termination constants between primary radicals were neglected in the process. Finally, with the analysis of the effect of the proportion of reagents, it was inferred that the higher the concentration of initiator and catalyst there was a greater conversion of monomer without loss of control of the polymerization. In addition, terminal functionality remains high, indicating adequate reaction conditions and a high rate of polymerization

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