Sauerstoffempfindlichkeit der RAFT‐Polymerisation – Eine Modellierungsstudie

• Published in: Chemie ingenieur technik 2024-06, Vol.96 (6), p.805-812
• Main Authors: Pashayev, Emil, Kandelhard, Felix, Georgopanos, Prokopios
• Format: Article
• Language: English
• ISSN: 0009-286X; 1522-2640
• DOI: 10.1002/cite.202300198

Die reversible Additions‐Fragmentierungs‐Kettenübertragungspolymerisation, kurz RAFT (reversible addition‐fragmentation chain‐transfer polymerization) genannt, ist eine Methode zur kontrollierten Synthese von Blockcopolymeren und stellt eine Alternative zu lebenden ionischen Polymerisationen dar. Obwohl sie im Vergleich zu diesen weniger anfällig für Verunreinigungen ist, führt Sauerstoff zur Inhibierung der Polymerisation. In einer vorhergehenden Studie wurde ein Modell zur Beschreibung der Inhibierungskinetik der RAFT‐Polymerisation von Styrol entwickelt. Basierend auf diesem Modell wird eine ausführliche Sensitivitätsanalyse bezüglich der kinetischen Koeffizienten durchgeführt. Während die Bildung der Polyperoxide durch Sauerstoffaddition hohe Reaktionsgeschwindigkeiten aufweist, konnten deren weiteren Reaktionen (Wachstum und Terminierung) als geschwindigkeitsbestimmende Schritte identifiziert werden. Außerdem zeigte sich eine proportionale Abhängigkeit der Dauer der Inhibierung mit der Sauerstoffkonzentration. Auf Basis der gewonnen Erkenntnisse wurde einer neue Initiierungsstrategie unter Verwendung verschiedener thermischer Initiatoren zur Optimierung der Polymerisation anhand von Simulationen erfolgreich getestet. Reversible addition‐fragmentation chain‐transfer polymerization, or RAFT, is a method for the controlled synthesis of block copolymers and an alternative to living ionic polymerizations. Although it is less susceptible to impurities, oxygen leads to inhibition of the polymerization. In a previous study, a model was developed to describe the inhibition kinetics of the RAFT polymerization of styrene. Based on this model, a detailed sensitivity analysis is performed with respect to the kinetic coefficients. While the formation of polyperoxides by oxygen addition shows high reaction rates, their further reactions (growth and termination) could be identified as rate‐determining steps. In addition, a proportional dependence of the duration of inhibition on the oxygen concentration was found. Based on the knowledge gained, a new initiation strategy with different thermal initiators to optimize polymerization was successfully tested using simulations.