Synthesis and characterization of poly(1-methyltrimethylene carbonate) (PMTMC) by mean ring-opening polymerization

Abstract

 
 In this work, the activity of samarium (III) acetate (Sm(OAc)3) was evaluated as a possible initiator in the ring opening polymerization (ROP) of 1-methyltrimethylene carbonate (MTMC). The effects of temperature (Tr) and monomer-initiator molar ratio (M/I) on the molecular characteristics (conversion, dispersity, and molar mass) of the polymers obtained were analyzed. The reaction temperature was varied between 90 and 160 °C and the molar ratio M/I between 200 and 1000. The molar mass of the products was obtained by size exclusion chromatography (SEC), while its structure was analyzed using FT-IR and 1H-NMR spectroscopy. Thermal polymerization experiments (in the absence of an initiator) were performed in order to evaluate the effectiveness of the initiator. The comparison between the thermal polymerization of MTMC and its polymerization in the presence of Sm(OAc)3, suggests that acetate has very low catalytic activity as the initiator of the ROP of PMTMC. The molar masses of the polymers obtained ranged between 6000 and 10000 Dalton, and the monomer to polymer conversions varied between 9 and 30 %. SEC chromatograms showed monomodal and symmetric curves, suggesting that only one type of active species participates in the polymerization process. Based on the structural analysis, a polymerization mechanism was proposed in which the water possibly acts as the only active species that initiates the reaction.
  
 Palabra clave: Samarium (III) acetate, ring-opening polymerization, 1-methyltrimethylenecarbonate, poly(1-methyltrimethylenecarbonate).
  
 Abstract
 En este trabajo se evaluó la actividad del acetato de samario (III) (Sm(OAc)3) como posible iniciador en la polimerización de apertura de anillo (PAA) del carbonato de 1-metiltrimetileno (MTMC). Se analizaron los efectos de la temperatura (Tr) y relación molar monómero-iniciador (M/I) sobre las características moleculares (conversión, dispersidad y masa molar) de los polímeros obtenidos. La temperatura de reacción se varió entre 90 y 160 °C y la relación molar M/I entre 200 y 1000. La masa molar de los productos se obtuvo mediante cromatografía de exclusión por tamaño, mientras que su estructura fue analizada mediante espectroscopia FT-IR y 1H-RMN. Además, se realizaron algunos experimentos de polimerización térmica (en ausencia de iniciador) que sirvieron de referencia para evaluar la efectividad del iniciador. La comparación de los resultados obtenidos en la polimerización térmica y en presencia del Sm(OAc)3 indicó que este último presenta muy poca actividad catalítica como iniciador de la PAA de PMTMC. Las masas molares de los polímeros obtenidos oscilaron entre 6000 y 10000 Dalton, mientras que las conversiones de monómero a polímero variaron entre 9 y 30%. Los cromatogramas SEC mostraron curvas mono-modales y simétricas, indicando que en el proceso de polimerización participa un solo tipo de especie activa. En base al análisis estructural, mediante técnicas espectroscópicas, se propuso un mecanismo de reacción para la polimerización en la que el agua posiblemente actúa como la única especie activa iniciadora de la reacción.
  
 Keywords: Acetato de samario (III), polimerización por apertura de anillo, 1-metiltrimetilencarbonato, poli(1-metiltrimetilencarbonato).