Green Polymerization of Vinyl Acetate Using Maghnite-Na+, an Exchanged Montmorillonite Clay, as an Ecologic Catalyst

Abstract

Проведено «зелену» полімеризацію вінілацетату новим методом, який полягає у використанні глини під назвою Maghnite-Na+ як екологічного, нетоксичного, недорогого каталізатора, що регенерується простою фільтрацією. За допомогою рентгенівської дифракції та скануючої електронної мікроскопії доведено, що Maghnite-Na+ можна отримувати катіонним обробленням (натрієм) сирої глини maghnite. Показано, що такий каталізатор є ефективною альтернативою токсичним каталізаторам пероксид бензоїлу та азобісізобутиронітрилу, які в основному використовуються для синтезу полівінілацетату (ПВА). Встановлено, що синтез стає менш енергозатратним завдяки використанню як ємності для реакційної суміші утилізованого поліуретану, який є поновлюваним матеріалом та хорошим теплоізолятором, що підтримує температуру 273 К протягом 6 год. В контексті «зеленої» хімії, з метою уникнення використання розчинника реакцію проводили в масі. Структуру отриманого полімеру встановлено методами 1Н та 13С ядерно-магнітної резонансної спектроскопії. Для підтвердження структури ПВА застосовано Фур‘є-спектроскопію. За допомогою термогравіметричного аналізу показано, що синтезований полімер є термічно стабільним і починає руйнуватися за 603 К, а визначена за допомогою диференціальної скануючої калориметрії температура склування становить 323 К.

In this work, the green polymerization of vinyl acetate is carried out by a new method which consists in the use of clay called Maghnite-Na+ as an ecological catalyst, non-toxic, inexpensive and recyclable by a simple filtration. X-ray diffraction and scanning electron microscopy showed that Maghnite-Na+ is successfully obtained after cationic treatment (sodium) on crude maghnite. It is an effective alternative to replace toxic catalysts such as benzoyl peroxide and azobisisobutyronitrile which are mostly used during the synthesis of polyvinyl acetate (PVAc) making the polymerization reaction less problematic for the environment. The synthesis reaction is less energetic by the use of recycled polyurethane as a container for the reaction mixture and is considered as a renewable material and a good thermal insulator maintaining the temperature of 273 K for 6 h. The reaction in bulk is also preferred to avoid the use of a solvent and therefore to stay in the context of green chemistry. In these conditions, the structure of obtained polymer is established by 1H NMR and 13C NMR. Infrared spectroscopy (FT-IR) was also used to confirm the structure of PVAc. Thermogravimetric analysis showed that it is thermally stable and starts to degrade at 603 K while differential scanning calorimetry showed that this polymer has a glass transition temperature Tg of 323 K.