Solid-state polycondensation (SSP) as a method to obtain high molecular weight polymers. Part I. Parameters influencing the SSP process

I. Steinborn-Rogulska; G. Rokicki

doi:10.14314/polimery.2013.003

Data publikacji : 2013-01-30

Tom 58 Nr 1 (2013)

Polikondensacja w stanie stałym — metoda otrzymywania polimerów o dużym ciężarze cząsteczkowym. Cz. I. Parametry wpływające na przebieg procesu

I. Steinborn-Rogulska G. Rokicki

DOI: https://doi.org/10.14314/polimery.2013.003

Abstrakt

Artykuł stanowi przegląd literatury dotyczący polikondensacji w stanie stałym (SSP). SSP jest konkurencyjną metodą syntezy w stosunku do tradycyjnej polikondensacji w stopie. Za jej pomocą można otrzymywać polimery o dużym ciężarze cząsteczkowym, a co za tym idzie, o konkurencyjnych właściwościach. Synteza polega na ogrzewaniu wcześniej otrzymanego, rozdrobnionego i poddanego procesowi krystalizacji, prepolimeru w temperaturze pomiędzy temperaturą zeszklenia (Tg) a temperaturą topnienia częściowo krystalicznego polimeru (Tm). Proces odbywa się w atmosferze przepływającego gazu obojętnego, bądź pod obniżonym ciśnieniem. Zastosowanie obniżonej temperatury, w stosunku do stosowanej w metodzie polikondensacji w stopie, ogranicza udział zarówno reakcji ubocznych, jak i termicznej degradacji produktu. Poza tym proces ten nie wymaga skomplikowanej aparatury, a ze względu na niestosowanie rozpuszczalników organicznych jest przyjazny dla środowiska. Jednakże podczas prowadzenia procesu (na skutek obecności wilgoci, małocząsteczkowych produktów ubocznych lub małego udziału fazy krystalicznej) może dochodzić do sklejania się cząstek polimeru. Wtedy reakcja przebiega już nie w stanie stałym, lecz w stopie i zwiększa się udział reakcji z udziałem wiązań ze środkowych części łańcuchów, co nie prowadzi do wzrostu ciężaru cząsteczkowego, a jedynie do redystrybucji długości łańcuchów. W niniejszej pracy przedstawiono podstawy procesu SSP i jego zalety w porównaniu z innymi metodami prowadzenia polikondensacji. Opisano, jakiego typu polimery można otrzymywać tą metodą. Poza tym wyjaśniono, jakie czynniki mają wpływ na przebieg procesu, ciężar cząsteczkowy i właściwości produktów końcowych.

Słowa kluczowe

polikondensacja w stanie stałym ; krystaliczność ; poliamidy ; poliestry ; poliwęglany ; poli(kwas mlekowy) solid-state polycondensation ; crystallinity ; polyamides ; polyesters ; polycarbonates ; poly(lactic acid)

Szczegóły

Bibliografia

Wskaźniki

Autorzy

Pobierz pliki

PDF (English)

Zasady cytowania

Steinborn-Rogulska, I., & Rokicki, G. (2013). Polikondensacja w stanie stałym — metoda otrzymywania polimerów o dużym ciężarze cząsteczkowym. Cz. I. Parametry wpływające na przebieg procesu. Polimery, 58(1), 3-13. https://doi.org/10.14314/polimery.2013.003

Bibliografia

Pat. US 2 172 374 (1939).

[2] Gaymans R., Sikkema D.: „Aliphatic polyamides” in „The comprehensive polimer science” (Eds. Allan G., Bevington J. C., Eastmond G. C., Ledwith A., Russo S., Singwald P.), Pergamon Press, Oxford 1989, Vol. 5, pp. 357—373.

[3] Pat. WO 98/23 666 (1998).

[4] Pat. US 3031433 (1962).

[5] Pat. US 4 223128 (1980).

[6] Culbert B., Christel A.: „Continuous Solid-state Polycondensation of Polyesters” in „Modern Polyesters: Chemistry and Technology of Polyesters and Copolyesters” (Eds. Scheirs J., Long T. E.), John Wiley & Sons Ltd., Chichester 2003, pp. 143—186.

[7] Papaspyrides C. D., Vouyiouka S. N.: „Fundamentals of Solid-state Polymerization” in „Solid-state Polymerization” (Eds. Papaspyrides C. D., Vouyiouka S. N.), John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, Jersey 2009, pp. 1—30.

[8] Wadekar S. A., Agarwal U. S., Boon W. H., Nadkarni V. M.: „Recent Developments in Solid-state Polymerization of Poly(Ethylene Terephthalate)” in „Solid-state Polymerization” (Eds. Papaspyrides C. D., Vouyiouka S. N.), Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey 2009, pp. 234—270.

[9] Cruz S. A., Zanin M.: J. Appl. Polym. Sci. 2006, 99, 2117.

[10] Karayannidis G., Kokkalas D., Bikiaris D.: J. Appl. Polym. Sci. 1993, 50, 2135.

[11] Buxbaum L. H.: J. Appl. Polym. Sci. 1979, 35, 59.

[12] Chuah H. H.: „Synthesis, properties and applications of poly(trimethylene terephthalate)” in „Modern Polyesters: Chemistry and Technology of Polyesters and Copolyesters” (Eds. Scheirs J., Long T. E.),Wiley, Chichester 2003, pp. 361—397.

[13] Pat. WO 97/025 364 (1997)

[14] Duh B.: J. Appl. Polym. Sci. 2007, 103, 1075.

[15] Sun Y. M., Shieh J. Y.: J. Appl. Polym. Sci. 2010, 81, 2055.

[16] Kimura K., Kohama S., Yamashita Y.: Macromolecules 2003, 36, 5043.

[17] Shi C., Gross S., DeSimone J., Kiserow D., Roberts G.: Macromolecules 2001, 34, 7744.

[18] Kim J., Roberts G. W., Kiserow D. J.: J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 2008, 46, 4959.

[19] Kuran W., Dêbek C., Wielgosz Z., Kuczyńska L., Sobczak M.: J. Appl. Polym. Sci. 2000, 77, 2165.

[20] Gross S. M., Roberts G. W., Kiserov D. J., DeSimone J. M.: Macromolecules 2000, 33, 40.

[21] Fukuoka S., Kawamura M., Komiya K., Tojo M., Hachiya H., Hasegawa K., Aminaka M., Okamoto H., Fukawa I., Konno S.: Green Chem. 2003, 5, 497.

[22] Vouyiouka S. N., Papaspyrides C. D.,Weber J., Marks D.: J. Appl. Polym. Sci. 2005, 97, 671.

[23] Vouyiouka S. N., Karakatsani E. K., Papaspyrides C. D.: Prog. Polym. Sci. 2005, 30, 10.

[24] Pat. US 5 859 180 (1999).

[25] Suzuki M., Yatsugi Y.: Chem. Commun. 2002, 162.

[26] Rowan S. J., Suwanmala P., Sivakova S.: J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 2003, 41, 3589.

[27] Oakley G. W., Wagener K. B.: Macromol. Chem. Phys. 2005, 206, 15.

[28] Mallon F. K., Ray W. H.: J. Appl. Polym. Sci. 1998, 69, 1233.

[29] Zimmermann H.: „Degradation and stabilisation of polyesters” in „Developments in polymer degradation” (Ed. Grassie N.), Applied Science, London 1984, Vol. 5, pp. 79—119.

[30] Ravindranath K., Mashelkar R. A.: AIChE J. 1984, 30, 415.

[31] Ravindranath K., Mashelkar R. A.: J. Appl. Polym. Sci. 1990, 39, 1325.

[32] Mallon F. K., Ray W. H.: J. Appl. Polym. Sci. 1998, 69, 1775.

[33] Huang B.,Walsch J. J.: Polymer 1998, 39, 6991.

[34] Yoon K., Kwon M., Jeon M., Park O.: Polym. J. 1993, 25, 219.

[35] Papaspyrides C., Vouyiouka S., Bletsos I.: J. Appl. Polym. Sci. 2004, 92, 301.

[36] Kim T. Y., Lofgren E. A., Jabarin S. A.: J. Appl. Polym. Sci. 2003, 89, 197.

[37] Bamford C. H.,Wayne R. P.: Polymer 1969, 10, 661.

[38] Li L., Huang N.-X., Liu Z.-H., Tang Z.-L., Yung W.-S.: Polym. Adv. Technol. 2000, 11, 242.

[39] Volokhina A., Kudryavtsev G., Skuratov S., Bonetskaya A.: J. Polym. Sci. 1961, 53, 289.

[40] Chen S., Chen F.: J. Polym. Sci., Polym. Chem. Ed. 1987, 25, 533.

[41] Jabarin S. A., Lofgren E. A.: J. Appl. Polym. Sci. 1986, 32, 5315.

[42] Droscher M.,Wegner G.: Polymer 1978, 19, 43.

[43] Gaymans R., Amirtharaj J., Kamp H.: J. Appl. Polym. Sci. 1982, 27, 2513.

[44] Duh B.: J. Appl. Polym. Sci. 2001, 81, 1748.

[45] Schiavone R. J.: J. Appl. Polym. Sci. 2002, 86, 230.

[46] Duh B.: J. Appl. Polym. Sci. 2002, 83, 1288.

[47] Li L. F., Huang N. X., Tang Z. L., Hagen R.: Macromol. Theory Simul. 2001, 10, 507.

[48] Dinse H. D., Tucek E.: Acta Polym. 1980, 31, 108.

[49] Kim T., Jabarin S.: J. Appl. Polym. Sci. 2003, 89, 213.

[50] Pasquet V., Spitz R.: Macromol. Chem. Phys. 2001, 202, 362.

[51] Goodner M. D., DeSimone J. M., Kiserow D. J., Roberts G. W.: Ind. Eng. Chem. Res. 2002, 39, 2797.

[52] Duh B.: J. Appl. Polym. Sci. 2006, 102, 623.

[53] Xie J.-I.: J. Appl. Polym. Sci. 2002, 84, 616.

[54] Almonacil C., Desai P., Abhiraman A.: Macromolecules 2001, 34, 4186.

[55] Pilati F.: „Solid-state polymerization” in „Comprehensive Polymer Science” (Eds. Eastmond G. C., Ledwith A., Russo S., Sigwalt P.), Pergamon Press, NewYork 1989, pp. 201—216.

[56] Wu D., Chen F., Li R., Shi Y.: Macromolecules 1997, 30, 6737.

[57] Chen F. C., Griskey R. G., Beyer G. H.: Am. Inst. Chem. Eng. J. 1969, 15, 680.

[58] Chang T. M.: Polym. Eng. Sci. 1970, 10, 364.

[59] Pat. US 3 728 309 (1973).

[60] Goltner W.: „Solid-State Polycondensation of Polyester Resins: Fundamentals and Industrial Production” in „Modern Polyesters: Chemistry and Technology of Polyesters and Copolyesters” (Eds. Scheirs J., Long T. E.), John Wiley & Sons, Ltd., Chichester 2003, pp. 195—239.

[61] Khripkov E., Lavrov B., Kharitinov V., Kudryavtsev G.: Vysokomol. Soedin. B. 1976, 18, 82.

[62] Katsikopoulos P., Papaspyrides C.: J. Polym. Sci. A. 1994, 32, 451.

[63] Pat. WO 99/10 408 (1999).

[64] Vouyiouka S., Papaspyrides C., Pfaendner R.: Macromol. Mater. Eng. 2006, 291, 1503.

[65] Pfaendner R.: „Catalysis in Solid-state Polymerization Processes” in „Solid-state Polymerization” (Eds. Papaspyrides C., Vouyiouka S.), Wiley, Hoboken 2009, pp. 159—173.

[66] Pat. Appl. WO 2007006647 (2007).

[67] Griskey R., Lee B.: J. Appl. Polym. Sci. 1966, 10, 105.

[68] Pat. WO 99/11 711 (1999).

[69] Pat. WO 96/11 978 (1996).

[70] Schumann H. D.: Chemiefasern/Textilindustrie 1990, 40, 1058.

[71] Kokkalas D. E., Bikiaris D. N., Karayannidis G. P.: J. Appl. Polym. Sci. 1995, 55, 787.

[72] Pat. US 3075952 (1963).

[73] Hsu L. C.: Macromol. Sci. Phys. B 1967, 1, 801.

[74] Pat.WO2004/014 982 (2004).

[75] Pat. Appl. US 2007/0 191 582 (2007).

[76] Pat.WO00/24 803 (2000).

[77] Pat.WO 03/055 931 A1 (2003).

[78] Pat. WO 00/49 065 (2000).

[79] Pat. US 5 807 932 (2011).

[80] Huimin Y., Keqing H., Muhuo Y.: J. Appl. Polym. Sci. 2004, 94, 971.

[81] Achilias D. S., Bikiaris D. N., Karavelidis V., Karayannidis G. P.: Eur. Polym. J. 2008, 44, 3096.

[82] Bikiaris D. N., Achilias D. S., Giliopoulos D. J., Karayannidis G. P.: Eur. Polym. J. 2006, 42, 3190.

[83] Boussia A. C., Konstantakopoulou M. O., Vouyiouka S. N., Papaspyrides C. D.: Macromol. Mater. Eng. 2011, 296, 168.

[84] Moon S.-I., Lee C.-W., Taniguchi I., Miyamoto M., Kimura Y.: Polymer 2001, 42, 5059.

[85] Essawy H. A., Helaly F. M., Shabana M. A.: J. Elastom. Plast. 2007, 39, 303.

[86] Gowd E. B., Ramesh C.: Polym. Int. 2006, 55, 340.

[87] Pat. US 4 263425 (1981).

[88] Pat. US 4 446 303 (1984).

[89] Davey R., Garside J.: „From molecules to crystallizers: An introduction to crystallization”, Oxford Science Publications, New York 2002, pp. 12—14.

[90] Kawai T., Rahman N., Matsuba G., Nishida K., Kanaya T., Nakano M., Okamoto H., Kawada J., Usuki A., Honma N., Nakajima K., Matsuda M.: Macromolecules 2007, 40, 9463.

[91] Chiou J. S., Barlow J.W., Paul D. R.: J. Appl. Polym. Sci. 1985, 30, 2633.

[92] Gantillon B., Spitz R., McKenna T. F.: Macromol. Mater. Eng. 2004, 289, 106.

[93] Gantillon B., Spitz R., McKenna T. F.: Macromol. Mater. Eng. 2004, 289, 88.

[94] Pat. US 5 510 454 (1996).

[95] Pat. WO 97/21 754 (1997).

[96] Pat. WO 96/22 179 (1996).

[97] Parashar M. K., Gupta R. P., Jain A., Agarwal U. S.: J. Appl. Polym. Sci. 1998, 67, 1589.

Google Scholar

Wskaźniki altmetryczne

Cytowania w Google Scholar

CITEDBY SCOPUS

Statystyki

Total abstract views : 354

PDF Downloads : 654