Equilíbrio de fases a altas pressões do sistema quaternário [dióxido de carbono + diclorometano + E-caprolactona + poli(E-caprolactona)] variando a composição de dióxido de carbono e modelagem termodinâmica PC-SAFT

Abstract

A poli(e-caprolactona) é um polímero biodegradável utilizado em uma diversidade de aplicações farmacêuticas e alimentícias, além de ser considerado também um polímero biocompatível e biorreabsorvível. A poli(e-caprolactona) pode ser obtida por meio do método de policondensação, pela polimerização por abertura de anel (ROP) de sua unidade monomérica via catálise orgânica ou metálica ou ainda através da polimerização enzimática por abertura de anel (e-ROP) em meio supercrítico. Atualmente, a técnica de polimerização por e-ROP em meio supercrítico vem sendo mais estudada por ser a mais promissora. Todavia, é necessário compreender o comportamento termodinâmico das espécies envolvidas na nesse processo. Logo, o comportamento de fases do sistema quaternário constituído por [dióxido de carbono + diclorometano + e-caprolactona + poli(e-caprolactona)] foi estudado a fim de se obter informações importantes para um melhor entendimento da reação de polimerização em um sistema de alta pressão, em que o diclorometano foi utilizado como co-solvente e o dióxido de carbono supercrítico como solvente. Os experimentos foram realizados utilizando-se uma célula de volume variável na faixa de temperaturas de 323,15 a 353,15 K. A razão mássica entre diclorometano e a mistura formada por [e-caprolactona + poli(e-caprolactona)] foi mantida fixa em 1:1 com as frações mássicas de poli(e-caprolactona) em relação à e-caprolactona variando nos valores de 0,0; 2,5; 5,0; 10,0 e 15,0%, de modo a simular os dados de equilíbrio de fases para a conversão do monômero em polímero. A composição mássica do dióxido de carbono supercrítico variou em relação à mistura diclorometano + e-caprolactona + poli(e-caprolactona) de 60,0 a 77,5% em base livre de diclorometano. Medidas de pontos de saturação do tipo equilíbrio líquido-vapor ponto de bolha (ELV-PB) e do tipo equilíbrio líquido-líquido (ELL) foram observadas e em todas as composições estudas foi verificado o comportamento Lower Critical Solution Temperature (LCST), cujo aumento de temperatura resulta em maiores pressões necessárias para completa solubilização do sistema. Os resultados experimentais foram modelados usando a equação de estado PC-SAFT, a qual forneceu uma representação satisfatória dos dados experimentais de equilíbrio de fases, principalmente para os dados de ELV-PB.

Abstract: Poly(e-caprolactone) is a biodegradable polymer used in a variety of pharmaceutical and food applications, in addition to being considered a biocompatible and bioresorbable polymer. Poly(e-caprolactone) can be obtained by means of the polycondensation method, by ring opening polymerization (ROP) of its monomeric unit via organic or metallic catalysis or by enzymatic ring opening polymerization (e-ROP) in a supercritical way. Currently, the e-ROP polymerization technique in supercritical medium has been more studied as it is the most promising. However, it is necessary to understand the thermodynamic behavior of the species involved in this process. Therefore, the phase behavior of the quaternary system constituted by [carbon dioxide + dichloromethane + e-caprolactone + poly(e-caprolactone)] was studied in order to obtain important information for a better understanding of the polymerization reaction in a system of high pressure, in which dichloromethane was used as a co-solvent and supercritical carbon dioxide as a solvent. The experiments were carried out using a variable volume cell in the temperature range of 323.15 to 353.15 K. The mass ratio between dichloromethane and the mixture formed by [e-caprolactone + poly(e-caprolactone)] was maintained fixed at 1:1 with the mass fractions of poly(e-caprolactone) in relation to e-caprolactone varying in values of 0.0; 2.5; 5.0; 10.0 and 15.0%, in order to simulate the phase equilibrium data for the conversion of monomer to polymer. The mass composition of supercritical carbon dioxide varied in relation to the mixture dichloromethane + e-caprolactone + poly(e-caprolactone) from 60.0 to 77.5% in dichloromethane free base. Saturation point measurements of liquid-vapor equilibrium, bubble point (ELV-PB) and liquid-liquid equilibrium (ELL) type were observed and in all studied compositions the behavior of Lower Critical Solution Temperature (LCST) was verified. temperature increase results in higher pressures needed for complete system solubilization. The experimental results were modeled using the PC-SAFT equation of state, which provided a satisfactory representation of the phase equilibrium experimental data, mainly for the ELV-PB data.