Simulation of the equilibrium constant effect on the kinetics and average properties of polystyrene obtained by ATRP

Abstract

Este artigo utiliza simulações para estudar o processo de polimerização radicalar via transferência de átomo por meio da análise do comportamento das espécies químicas (polímeros “vivos”, “dormentes” e “mortos”). Para isso, um modelo matemático foi desenvolvido usando o método dos momentos, e os dados experimentais da polimerização de estireno, obtidos da literatura, foram utilizados para validá-lo. A partir disto, foram obtidos perfis de concentração destas espécies, que foram posteriormente usados para obter as propriedades médias dos polímeros (Mn e IPD). As propriedades foram avaliadas em diferentes valores da costante deequilíbrio (Keq) e verificou-se que os valores na ordem de 10-7 e 10-9 proporcionam o melhor controle na estrutura dos polímeros. Esta pesquisa é, por isto, um ponto de partida para a escolha ideal do sistema catalítico, ligantes e iniciadores. Além disso, a técnica de modelagem apresentou-se como uma ferramenta de fácil implementação e bastante eficiente na análise do processo ATRP.

This article uses simulations to study the atom transfer radical polymerization by analyzing the behavior of the chemical species (“living”, “dormant” and “dead” polymers). For this, a mathematical model has been developed using the method of moments, and experimental data from styrene polymerization, obtained from literature, were used to validate the model. From this point, the concentration profiles of all species were obtained, and later on, they were used to obtain the average properties of polymers (Mn and PDI). The properties were evaluated at different values of equilibrium constant (Keq) and it was found that values around 10-7 and 10-9 provide a better control in the structure of polymers. Therefore, this study is a starting point for selecting the optimal catalytic system, binders and initiators. In addition, the modeling technique presented as a useful tool, being very effective on the analysis of ATRP processes.