Zou, X., Xie, T., Xu, J., Bai, H., Wang, D., Ke, X., Zhao, W., & Lv, M. (2026). Revelando la cinética autocatalítica en la poliadición de cadena corta de Poly(amic acid) mediante FTIR in situ. Industrial & Engineering Chemistry Research, 65(10), 5452–5459. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.6c00046
Hay dos etapas en la poliadición de diaminas aromáticas y dianhídridos (PAA): una etapa rápida de formación de cadenas cortas (etapa 1) y una posterior etapa lenta de crecimiento de cadena (etapa 2). Casi todos los estudios cinéticos hasta la fecha se centran en la cinética de la segunda etapa utilizando diversas técnicas. Aunque estos métodos son eficaces con monómeros de baja reactividad, no captan la etapa 1, altamente exotérmica, de monómeros más reactivos. Esto conduce a desviaciones de simulación del 20−30% en los primeros minutos de reacción, lo que socava el control del proceso, la fiabilidad del aumento de escala y la seguridad. Por ello, el seguimiento en tiempo real y con abundantes datos es fundamental para captar el comportamiento autocatalítico propuesto que controla esta etapa inicial.
En este trabajo, se utiliza FTIR in situ para proporcionar la información necesaria para una comprensión más completa de la cinética en la poliadición en etapa temprana de poly(amic acid) (PAA). Esto suele considerarse un proceso cinético de segundo orden, en el que la velocidad de reacción es proporcional al producto de las concentraciones de diamina y dianhídrido. Los modelos teóricos indican que estas reacciones muestran características autocatalíticas pronunciadas, en las que los productos de reacción aceleran las velocidades de reacción posteriores, y que los intermedios causan el efecto autocatalítico. Se desarrolla un modelo para la cinética autocatalítica de sistemas altamente reactivos de diamina aromática–dianhídrido que incluye hipótesis mecanísticas, derivación de la ecuación de velocidad, ajuste de datos y análisis termodinámico. El modelo aporta información sobre cómo componentes como la temperatura y la estructura del monómero controlan el grado de autocatalisis. Los datos revelan que la poliadición de cadena corta sigue un modelo cinético autocatalítico irreversible de segundo orden, impulsado principalmente por la catálisis protónica de los grupos –COOH recién formados. La temperatura y la electrofilicidad del monómero modulan conjuntamente el grado de autocatalisis, y BTDA muestra la mayor aceleración catalítica y s-BPDA la menor.
“Empleamos espectroscopia ftir in situ para investigar cuantitativamente la poliadición en etapa temprana de 4,4′-diaminodifenilmetano (MDA) con tres dianhídridos: 3,3′,4,4′-dianhídrido de benzofenona tetracarboxílica (BTDA), 3,3′,4,4′-dianhídrido de bifeniltetracarboxílica (s-BPDA) y 2,3,3′,4′-dianhídrido de bifeniltetracarboxílica (a-BPDA). La banda característica aislada de MDA a 818 cm–1 puede servir como una sonda eficaz para monitorear cuantitativamente la variación de la concentración de MDA. El análisis cinético de las intensidades de banda normalizadas (A-818 cm–1, T-818 cm–1 y S-818 cm–1) revela que la reacción sigue una cinética autocatalítica irreversible de segundo orden. Este enfoque combinado de FTIR in situ y modelado proporciona las primeras ideas cuantitativas sobre cómo la electrofilicidad del dianhídrido, la estructura molecular y la temperatura gobiernan de manera sinérgica el grado de autocatalisis, ofreciendo así una guía experimental y teórica crítica para el control preciso y la optimización de la síntesis de PAA.”