Polimerización de una resina de curado UV
Tengo una MSDS de resina fotosensible . Enumera una mezcla de diacrilato de 1,6-hexanodiol ($\ce{C_{12}H_{18}O_4}$) con su número CAS adecuado y acrilato de poliuretano junto con el número CAS de "copolímero de acrilato de butilo / metacrilato de metilo / ácido metacrílico" con la fórmula (o más bien, fórmulas) de$\ce{(C7H_{12}O2.C5H8O2.C4H6O2)_x}$. También se incluye el fotoiniciador 1-hidroxiciclohexil fenil cetona . Los aditivos de color e inhibidor de reacción probablemente sean irrelevantes para la pregunta real, así que los dejo fuera.
Mi química orgánica está algo oxidada, pero la primera parte del compuesto que puedo identificar tiene la configuración $\ce{H2C=CH-CO-O-C6H12-O-CO-CH=CH2}$. Esta parece ser una molécula bastante agradable que reacciona uniformemente en ambos lados bajo polimerización. Este material también está catalogado como fotosensible, lo que interpreto que arroja algo de ambos extremos para activar los extremos.
El otro, por supuesto, es una mezcla de tres monómeros: acrilato de butilo ($\ce{H2C=CH-CO-O-C4H9}$), metacrilato de metilo ($\ce{H2C=C(CH3)-CO-O-CH3}$) y ácido metacrílico ($\ce{H2C=C(CH3)-COOH}$). Los dos primeros tienen grupos éster en ellos, el último tiene su precursor, el$\ce{-COOH}$grupo (ácido carboxílico). Todo esto parece tener solo un lado activo para mí.
Suponiendo que los cuatro productos químicos principales se mezclen de manera algo uniforme y en números pares y lo que podría ser un suministro amplio del iniciador hidroxiciclohexil-fenil-cetona, seguramente reaccionarán y polimerizarán bajo luz ultravioleta de aproximadamente 400 nm (+ - 5), ya que esto Así se comporta la mezcla en su aplicación nativa, una impresora SLA.
Sin embargo, tengo un problema con estas partes:
- ¿Qué tipo de reacción ocurre entre los compuestos? Recuerdo vagamente que algunas polimerizaciones crean desechos en forma de agua (¿era condensación?), Pero realmente no veo que eso suceda aquí para la mayoría de las combinaciones y, como resultado, no veo cuáles son las partes del el polímero podría verse en su estado unido.
- ¿Qué tipo de enlaces tiene el polímero resultante? Este es básicamente el resultado directo de no ver la reacción entre los compuestos. Pensé que había visto la posibilidad de formar un éster ($\ce{R_1-CO-O-R_2}$) entre el ácido metacrílico y el diacrilato de hexanodiol, pero luego se dio cuenta de que el último pierde un grupo alcohol ($\ce{R-OH}$) para atacar y crear agua para formar la unión. Así que estoy bastante seguro de que estos no se unen como ésteres entre sí, pero ¿cuál es el nombre correcto para estos lazos que me eluden?
- ¿Cómo se clasificaría este polímero? Recuerdo que algunos polímeros se clasifican en función de sus monómeros, el proceso de fabricación, la longitud de la cadena, el tipo de enlace y la macroestructura, colocando cada uno en varios grupos. Estos permitirían estimar algunas propiedades vagas sobre ellos. Ciertamente no es homogéneo como el ácido poliláctico puro, ya que se compone básicamente de 4 monómeros diferentes. Tampoco debería formar una unión elástica debido a lo que sé de la MSDS y que la resina procesada es un producto algo quebradizo. Pero, ¿en qué grupos se puede poner a partir del proceso de polimerización?
Respuestas
Las polimerizaciones que expelen agua, también conocidas como policondensación (el PET es un producto típico), son un subconjunto de las polimerizaciones. La polimerización radical aquí es más probable que proceder de manera diferente con tres tipos de reacción que se ejecutan simultáneamente: iniciación, propagación y terminación.
Durante la iniciación , la luz divide la fenilcetona en dos fragmentos con un electrón desapareado cada uno. Esto está simbolizado por el punto junto a los átomos de oxígeno, lo que indica que estos químicos son radicales:
Estos radicales pueden reaccionar con un electrón del doble enlace de un acrilato neutro en la reacción de propagación . Simbolizado por el azul está el enlace simple recién formado entre los dos reactivos (primera línea). Simultáneamente, el otro electrón del doble enlace anterior representa un nuevo sitio donde nuevamente puede reaccionar un acrilato neutro (segunda línea). Este crecimiento de la cadena de polímero puede continuar una y otra vez, o propagarse (tercera línea).
Tan pronto como se forman radicales, puede haber una serie de reacciones en las que se consuman estos radicales centrados en carbono. Esto cancela el crecimiento adicional de las cadenas de polímero. Entre estas reacciones de terminación , las reacciones de transferencia de hidrógeno / redox, así como las dimerizaciones, son las más destacadas. A continuación se muestran algunos de los que parece probable que ocurran:
Estructura
Su material de partida consiste en un iniciador y una mezcla de acrilatos bifuncionales. Por tanto, la curación producirá cadenas de polímero que se reticulan entre sí. La siguiente ilustración (para un material diferente) simboliza esto por las líneas azules en zig-zag:
(Konuray et al. , Polymers 2018 , 10 , 178 doi 10.3390 / polym10020178 , acceso abierto)
Debido a que comenzó con varios monómeros diferentes, sería un ejemplo de copolímeros ramificados .