Continuous Photoflow Synthesis of Precision Polyacrylates - Complex Structures and Kinetic Insights

Abstract

In het algemeen zijn doorstroomreactoren een betere keuze voor de productie van hoge-precisie polymeren dan batch-reactoren. Het verschil wordt zelfs nog groter als niet thermische maar fotochemische reacties bestudeerd worden. De voordelen van doorstroomreactoren voor fotochemische processen overstijgen dan ook met gemak die van batch-reactoren. Zo zal de reactiesnelheid enorm toenemen en kunnen nevenreacties significant beter vermeden worden. Dit is niet het gevolg van de isothermiciteit van de doorstroomreactor, maar wel van een superieure belichting en bestraling van de reactor, in het bijzonder wanneer de interne diameter klein wordt gehouden. Hoewel de initiële aandacht voor foto-RDRP eerder beperkt was, is de interesse recent sterk toegenomen, niet alleen in doorstroomreactoren, maar ook in klassieke batch-chemie. Het grote voordeel van doorstroomreactoren, de hoge efficiëntie die op eenvoudige wijze gehaald kan worden, wordt zelfs nog groter voor fotochemische processen. Bovendien kunnen in doorstroomreactoren grote hoeveelheden polymeren geproduceerd worden zonder specifieke of dure apparatuur. Een vergelijkende studie tussen fotochemische RDRP-reacties in batch of in doorstroomreactor toont het enorme voordeel van doorstroomreactoren. Voor alle foto-RDRP-polymerizatiereacties die in deze doctoraatsthesis besproken worden werd een significant hogere reactiesnelheid vastgesteld. Door de vele voordelen van doorstroomreactoren voor fotochemische reacties zou men kunnen verwachten dat de meeste laboratoria in de toekomst zullen overstappen of tenminste toch uitbreiden naar doorstroomreactoren. Deze beslissing wordt immers niet alleen ingegeven door de hoger genoemde voordelen, doorstroomreactoren bieden immers tal van voordelen voor het ontwerpen en synthetiseren van precisie-polymeren. Polymeren met een complexe macromoleculaire architectuur zoals ster-, borstel- en cyclische polymeren werden reeds geëxploreerd. Een ander belangrijk voordeel is dat in doorstroomreactoren optische processen eenvoudig kunnen gecombineerd (en afgewisseld) worden met thermische processen, wat op zijn beurt weer sequentiemodificatie mogelijk maakt. In de toekomst kunnen bijvoorbeeld ook - orthogonale reacties bestudeerd worden voor materiaalontwikkeling, wat de RDRP-toolbox zou uitbreiden met foto-click-reacties.337 De combinatie van foto-RDRP-, foto-click- en thermische polymerisatiereacties voor de ontwikkeling en productie van polymere materialen, samen met de mogelijkheid tot in-line zuivering, openen de deur naar ontwerp en synthese van uiterst complexe materialen in vrij eenvoudige, virtuele een-staps-processen. Polymeerchemici en polymerisatiereactie-ingenieurs staan slechts aan het begin van de implementatie van doorstroomreactoren in hun arsenaal van synthesetechnieken. Bovendien staan optische doorstroomreacties nog in hun kinderschoenen, maar de fenomenale voordelen beloven nu reeds de implementatie van doorstroomreactoren in productieprocessen een enorme boost te geven. De resultaten gepresenteerd in dit doctoraat zijn slechts het begin van de ontwikkeling van hoge-precisiepolymeren en de bijhorende synthese- en productietechnieken. In de (nabije) toekomst zullen de kracht en de mogelijkheden van optische doorstroomreactoren voor de ontwikkeling en productie van precisie-polymeren geëxploiteerd worden.