Phase equilibrium data for e-caprolactone, globalide and poly(globalide-co-e-caprolactone) systems in supercritical carbon dioxide

Abstract

O crescente interesse na produção de polímeros biocompatíveis, livres de quaisquer resíduos tóxicos, tem incentivado cada vez mais o desenvolvimento de pesquisas sobre processos limpos. O uso de dióxido de carbono supercrítico (scCO2), substituindo solventes orgânicos, tem se mostrado uma alternativa verde aos processos tradicionais de polimerização. Este trabalho apresenta dados experimentais de equilíbrio de fases para o sistema ternário envolvendo dióxido de carbono, globalide e e-caprolactona, o sistema quaternário contendo dióxido de carbono, diclorometano, globalide e e-caprolactona, e o sistema quinário envolvendo dióxido de carbono, globalide, e-caprolactona, poli(globalide-co-e-caprolactona) e diclorometano. Esses dados fornecem informações fundamentais para a realização de reações de polimerização e copolimerização em meio de scCO2. Os experimentos foram realizados utilizando uma célula de visualização de volume variável na faixa de temperatura de 313,15 a 343,15 K, variando a composição em massa do dióxido de carbono em relação à mistura e-caprolactona + globalide, sendo mantida constante a razão de massa 1:1 (globalide para caprolactona) para os monômeros em todos os experimentos, com a fração em massa de CO2 variando de 65 a 90%. Para o sistema quaternário, foram estudadas diferentes razões em massa de diclorometano para (globalide + e-caprolactona) (0,5:1, 1:1) e diferentes composições em massa de dióxido de carbono em relação aos monômeros (globalide + e-caprolactona), variando de 42,12% a 96,27% em base livre de diclorometano. Finalmente, no sistema quinário, uma razão em massa de diclorometano para (globalide + e-caprolactona) de 1:1, diferentes conversões de monômeros para polímero (1,25%, 2,5%, 3,75% e 5%) e diferentes composições em massa de dióxido de carbono em relação aos monômeros (globalide + e-caprolactona + poli(globalide-co-e-caprolactona)), variando de 55% a 77,5% em base livre de diclorometano, foram estudadas. Foram observadas transições de fases do equilíbrio vapor-líquido no ponto de bolha (VLE-PB), equilíbrio líquido-líquido (LLE) e equilíbrio vapor-líquido-líquido (VLLE). O comportamento LCST foi observado para todos os sistemas estudados neste trabalho.

Abstract: The growing interest in producing biocompatible polymers, free of any kind of toxic residues, increasingly encourages the development of research on clean processes. The use of supercritical carbon dioxide, replacing organic solvents, has proven to be a green alternative to traditional polymerization processes. This work reports experimental phase equilibrium data for the ternary system involving carbon dioxide, globalide and e-caprolactone, quaternary system containing carbon dioxide, dichloromethane, globalide and e-caprolactone and quinary system involving carbon dioxide, globalide, e-caprolactone, poly(globalide-co-e-caprolactone) and dichloromethane. Such data provides fundamental information to conduct polymerization and copolymerization reactions in carbon dioxide medium. The experiments were conducted using a variable-volume view cell within a temperature range of 313.15 to 343.15 K. During the tests, the mass composition of supercritical carbon dioxide was adjusted relative to the e-caprolactone and globalide mixture, maintaining a constant 1:1 mass ratio between the two monomers. The carbon dioxide mass fraction varied between 65% and 90% across all experiments. For the quaternary system, different mass ratios of dichloromethane to (globalide + e-caprolactone) (0.5:1, 1:1) and different mass composition of supercritical carbon dioxide in relation to monomers (globalide + e-caprolactone), from 42.12% to 96.27%, in dichloromethane free base were studied. Finally in the quinary system a mass ratio of dichloromethane to (globalide + e-caprolactone) of 1:1, different monomers to polymer conversions (1.25%, 2.5%, 3.75% and 5%) and different mass composition of supercritical carbon dioxide in relation to monomers (globalide + e-caprolactone + poly(globalide-co-e-caprolactone), from 55% to 77.5% in dichloromethane free base were studied. Phase transitions of vapor-liquid equilibrium at the bubble point, liquid-liquid equilibrium and vapor-liquid-liquid equilibrium types were observed. The lower critical solution temperature LCST behavior was observed to all systems studied in this work. Phase behavior data reported in this work provide important information for the development and optimization of globalide and e-caprolactone polymerization in supercritical carbon dioxide.