Sintesi di una resina polimerica stabile per la produzione in vasca di lastre colate di polimetilmetacrilato

Nella tecnica di polimerizzazione in massa la miscela di reazione di partenza è composta, essenzialmente, dal monomero e, nel caso di reazione a catena, da un iniziatore solubile e possibili modificatori. Nel caso di massa omogenea il polimero ed il monomero risultano miscibili.

Le reazioni di polimerizzazione sono genericamente esotermiche e la temperatura di polimerizzazione dipende dal sistema di polimerizzazione. L'agitazione e la rimozione di calore diventano difficili all'aumentare della viscosità della miscela. Anche quando la viscosità rimane a livelli bassi per buona parte del processo, si riscontrano alte viscosità nelle ultime fasi della reazione. Viscosità così elevate causano sia problemi nella rimozione di prodotti secondari volatili, sia problemi dovuti al passaggio da una reazione controllata chimicamente ad una controllata per diffusione.

I sistemi organici hanno generalmente basse capacità e conduttività termiche e, inoltre, in caso di processi a catena le reazioni sono fortemente esotermiche. Questi due fattori, sommati all'effetto da parte di un mezzo reagente molto viscoso di impedire una conduzione del calore per convezione, sicuramente contribuiscono all'abbassamento del coefficiente globale di trasferimento di calore.

Quindi, se il calore non viene rapidamente disperso, possono originarsi zone localizzate nella massa di reazione in cui la polimerizzazione procede autoaccelerandosi a causa del locale aumento di temperatura. I maggiori problemi si hanno nelle fasi finali della reazione perché, come detto, aumenta la viscosità del sistema, la velocità della reazione e, quindi, la sua esotermicità.

Nella polimerizzazione in massa di metilmetacrilato (o di altri polimeri), per la formazione di lastre, il trasferimento di calore viene comunque facilitato dal poco spessore di una delle tre dimensioni della massa reagente. Vi sono diversi aspetti negativi connessi alla non isotermicità del processo con, ad esempio, la formazione di un polimero irregolare con molte ramificazioni; un eccessivo aumento di temperatura, inoltre, determina fenomeni di depolimerizzazione che abbassano il peso molecolare medio.

Dal punto di vista estetico sono riscontrabili delle decolorazioni e anche degradazioni localizzate del prodotto finito dovute all'allargamento della distribuzione dei pesi molecolari dovute a fenomeni di trasferimento di catena al polimero. La formazione di ramificazioni è spiegabile con fenomeni di trasferimento di catena intramolecolare. Per i motivi sopra citati la polimerizzazione in massa viene adottata solo per reazioni viniliche con valori relativamente bassi di reattività ed entalpia di polimerizzazione.

Per limitare i problemi analizzati, nella polimerizzazione in massa industriale, oltre ad usare efficienti sistemi di raffreddamento, si adottano due tecniche processistiche]:
- si divide il processo in una prima fase di prepolimerizzazione, in cui si ottiene una sorta di sciroppo, cui segue una polimerizzazione finale (caso delle lastre di PMMA);
- si fa avvenire la polimerizzazione a caduta, in fasi successive, tramite reattori in serie, inseriti in una torre, che lavorano isotermicamente ad una temperatura via via progressiva (caso dei granuli di PS).