Zou, X., Xie, T., Xu, J., Bai, H., Wang, D., Ke, X., Zhao, W., & Lv, M. (2026). Afsløring af autocatalytisk kinetik i den kortkædede polyaddition af poly(amic acid) ved in situ FTIR. Industrial & Engineering Chemistry Research, 65(10), 5452–5459. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.6c00046
Der er to stadier i polyadditionen af aromatiske diaminer og dianhydrider (PAA): et hurtigt stadie med dannelse af korte kæder (stadie 1) og et efterfølgende langsomt kædevækststadie (stadie 2). Næsten alle kinetiske studier til dato fokuserer på kinetikken i det andet stadie ved hjælp af en række forskellige teknikker. Selv om disse metoder er effektive for monomerer med lav reaktivitet, opfanger de ikke det stærkt eksoterme stadie 1 for mere reaktive monomerer. Dette fører til simuleringsafvigelser på 20−30% i de første minutter af reaktionen, hvilket underminerer processtyring, pålidelighed ved opskalering og sikkerhed. Derfor er overvågning i realtid med rige data afgørende for at indfange den foreslåede autocatalytiske adfærd, der styrer dette tidlige stadie.
I dette arbejde anvendes in situ FTIR til at give de oplysninger, der er nødvendige for en mere grundig forståelse af kinetikken i den tidlige polyaddition af poly(amic acid) (PAA). Dette betragtes typisk som en kinetisk proces af anden orden, hvor reaktionshastigheden er proportional med produktet af diaminkoncentrationen og dianhydridkoncentrationen. Teoretiske modeller viser, at disse reaktioner udviser udprægede autocatalytiske karakteristika, hvor reaktionsprodukterne fremskynder de efterfølgende reaktionshastigheder, og at mellemprodukter forårsager den autocatalytiske effekt. Der udvikles en model for den autocatalytiske kinetik i meget reaktive aromatiske diamine–dianhydrid-systemer, som omfatter mekanismehypoteser, udledning af hastighedsligninger, datafitting og termodynamisk analyse. Modellen giver indsigt i, hvordan faktorer som temperatur og monomerstruktur styrer graden af autocatalyse. Dataene viser, at den kortkædede polyaddition følger en irreversibel autocatalytisk kinetisk model af anden orden, primært drevet af protonkatalyse fra de nyoprettede –COOH-grupper. Temperatur og monomerernes elektrofili modulerer i fællesskab omfanget af autocatalyse, hvor BTDA viser den stærkeste katalytiske acceleration, og s-BPDA den svageste.
“Vi anvender in situ FTIR spektroskopi til kvantitativt at undersøge den tidlige polyaddition af 4,4′-diaminodiphenylmethan (MDA) med tre dianhydrider: 3,3′,4,4′-benzophenontetracarboxylsyredianhydrid (BTDA), 3,3′,4,4′-biphenyltetracarboxylsyredianhydrid (s-BPDA) og 2,3,3′,4′-biphenyltetracarboxylsyredianhydrid (a-BPDA). Det isolerede karakteristiske bånd for MDA ved 818 cm–1 kan fungere som en effektiv probe til kvantitativt at overvåge variationen i MDA-koncentrationen. Kinetisk analyse af de normaliserede båndintensiteter (A-818 cm–1, T-818 cm–1 og S-818 cm–1) viser, at reaktionen følger irreversibel autocatalytisk kinetik af anden orden. Denne kombinerede in situ FTIR- og modelleringsmetode giver den første kvantitative indsigt i, hvordan dianhydriders elektrofili, molekylær struktur og temperatur i samspil styrer omfanget af autocatalyse og dermed giver vigtig eksperimentel og teoretisk vejledning til præcis kontrol og optimering af PAA-syntesen.”