Βελτιστοποίηση συνθηκών πολυμερισμού στερεάς κατάστασης για την παραγωγή ημιαρωματικών πολυαμιδών

Παπαμηνάς, Αντρέας; Papaminas, Antreas

dc.contributor.author	Παπαμηνάς, Αντρέας	el
dc.contributor.author	Papaminas, Antreas	en
dc.date.accessioned	2016-11-30T13:00:01Z
dc.date.available	2016-11-30T13:00:01Z
dc.date.issued	2016-11-30
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/44055
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.13760
dc.rights	Default License
dc.subject	Πολυμερισμός	el
dc.subject	Πολυαμίδια	el
dc.subject	Πολυμερή	el
dc.subject	Στερεά κατάσταση	el
dc.subject	Άλατα πολυμιδίων	el
dc.subject	Solid state polymerization	en
dc.subject	Polyamides	el
dc.subject	DSSP	el
dc.subject	Polyamide 6T	el
dc.subject	polyamide 4T	el
dc.title	Βελτιστοποίηση συνθηκών πολυμερισμού στερεάς κατάστασης για την παραγωγή ημιαρωματικών πολυαμιδών	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μηχανική Πολυμερών	el
heal.classification	Μηχανική χημικών αντιδράσεων	el
heal.classification	Χημική τεχνολογία	el
heal.classification	Polymerization	en
heal.classification	Solid state chemistry	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/4857f7ab26a40fd67e9568abb8b3e5cae80ef62c
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/90bf60a438ca24368ee20230760fc1150621b2f9
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh89001625
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/915c5c27e8d93ee93d0e9ce48bcfd06c55fa31ff
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-09-27
heal.abstract	Τα ημιαρωματικά πολυαμίδια, επίσης γνωστά και με το όνομα πολυφθαλαμίδια (ΡΡΑ), παράγονται εδώ και χρόνια ευρέως στη βιομηχανία πολυμερών λόγω του ότι έχουν την ευχέρεια να συνδυάζουν τόσο τις αρωματικές ιδιότητες που κατέχουν τα αρωματικά πολυαμίδια, όσο και τις αλειφατικές ιδιότητες που χαρακτηρίζουν τα γραμμικά. Κατά κάποιο τρόπο συνεισφέρουν στη γεφύρωση του χάσματος όσο αφορά τις ιδιότητες των αλειφατικών πολυαμιδίων, όπως είναι λόγου χάρη το νάυλον 6.6 και αυτές των αραμιδικών πολυμερών, με το να κείτονται σε μια ενδιάμεση φυσική κατάσταση με έμμεσες ιδιότητες και από τις δυο κύριες προαναφερθείσες ομάδες. Από τα μεν αραμιδικά πολυαμίδια λαμβάνουν τη χαρακτηριστική τους ακαμψία και την αυξημένη τους αντοχή, όταν καταπονούνται σε υψηλές θερμοκρασίες.Ο δε αλειφατικός τους προσανατολισμός όμως δεν τους επιτρέπει τη συνεχή έκθεση σε ιδιαίτερα αυξημένες θερμοκρασίες. Οι συνδυαστικές αυτές ιδιότητες των ημιαρωματικών πολυαμιδίων τα έφερε στο προσκήνιο του βιομηχανικού ενδιαφέροντος με χρησιμότητα σε ένα επαρκές φάσμα εφαρμογών που αποτελείται από εξαρτήματα αυτοκινήτων μέχρι καθημερινά οικιακά σκεύη και ηλεκτρονικές συσκευές. Υπάρχουν δυο κύριες συνθετικές οδοί για να ληφθεί ένα πολυμερές της συγκεκριμένης δομής. Η πρώτη συνδυάζει μια αλειφατική διαμίνη με ένα αρωματικό οξύ, ενώ η δεύτερη μια αρωματική διαμίνη με ένα αλειφατικό οξύ. Στην παρούσα εργασία ακολουθούθηκε η πρώτη μέθοδος, χρησιμοποιώντας πάντα το τερεφθαλικό οξύ ως το αρωματικό οξύ στις αντιδράσεις και τις διαμίνες εξαμεθυλενοδιαμίνη (HMD) και 1,4-μεθυλενοδιαμίνη, έξι και τεσσάρων ανθράκωναντίστοιχα, προς την παραγωγή των ημιαρωματικών πολυαμιδίων ΡΑ 6.Τ και ΡΑ 4.Τ. Η διαδικασία παραγωγής των τελικών προϊόντων που ακολουθήθηκε στη συγκεκριμένη εργασία, είχε ως πρώτο στάδιο τη σύνθεση των αντίστοιχων πολυαμιδικών αλάτων μέσω αντιδράσεων εξουδετέρωσης του αρωματικού τερεφθαλικού οξέος και τις κατάλληλης διαμίνης. Το προϊόν μιας τέτοιας αντίδρασης ονομάζεται άλας του εκάστοτε πολυαμιδίου και παρασκευάζεται με στόχο την εξασφάλίση της αυστηρής στοιχειομετρίας ανάμεσα στις ακραίες καρβοξυλομάδες και αμινομάδες. Στη συνέχεια, ακολούθησε ο χαρακτηρισμός των συγκεκριμένων αλάτων μέσω ποτενσιομετρικής τιτλοδότησης και θερμικών μεθόδων ανάλυσης για να κριθεί η καταλληλότητα τους για χρήση προς την παρασκευή των τελικών πολυαμιδίων. Εφόσον οι ιδιότητες των πολυαμιδικών αλάτων κρίθηκαν επαρκής, ακολούθησε ο πολυμερισμός τους σε μια διαδικασία δυο σταδίων. Αρχικά, μέσω ισοθερμοκρασιακών πειραμάτων σε θερμοζυγό, προσδιορίστηκαν σε μικροκλίμακα οι θερμοκρασιακές συνθήκες πολυμερισμού και εξάχθηκε το συμπέρασμα ότι τα υλικά αυτά παρείχαν την ευχέρεια να πολυμεριστούν σε θερμοκρασίες κατώτερες του σημείου τήξεως τους. Έπειτα, τα στοιχεία που λήφθηκαν από το προηγούμενο στάδιο εφαρμόστηκαν σε εργαστηριακή κλίμακα προς τη διεξαγωγή πειραμάτων απευθείας πολυμερισμού στερεάς κατάστασης σε αυτόκλειστο αντιδραστήρα. Από τα πειράματα αυτά παραλήφθηκαν μεγαλύτερες ποσότητες πολυμερών που ήταν εύκολο πλέον να οδηγηθουν προς χαρακτηρισμό μέσω θερμικών μεθόδων ανάλυσης και ιξωδομετρίας. Επίσης, μέσω μιας μετατροπής της συμβατικής διάταξης του πολυμερισμού, έγινε για πρώτη φορά δυνατή η μελέτη της επίδρασης της πίεσης σε ένα σύστημα πολυμερισμού στερεάς κατάστασης και η παραμετροποίηση της, συναρτήση των ιδιοτήτων των τελικών πολυαμιδίων. Η συγκεκριμένη τεχνική πολυμερισμού παρόλο που συναντά ορισμένα προβλήματα, αποδείχθηκε πολύ αποδοτική, φιλική προς το περιβάλλον καιταυτόχρονα οικονομική. Μερικά από τα προβήματα που αντιμετωπίστηκαν κατά την εκτέλεση των πειραμάτων στο αυτόκλειστο ήταν η διαφυγή της διαμίνης όσο εξελισσόταν η αντίδραση, κάτι που οδηγούσε τις καρβοξυλομάδες στο αντιδρών σύστημα να βρίσκονται σε περίσσεια. Επιπλέον συναντήθηκε το φαινόμενο SMT καθώς επίσης και η αύξηση της πίεσης του συστήματος λόγω της απομάκρυνσης του παραγώμενου νερού κατά την αντίδραση πολυσυμπύκνωσης. Καταλήγοντας, ο απευθείας πολυμερισμός στερεάς κατάστασης μέσω της συγκεκριμένης πειραματικής διάταξης αποδείχθηκε αποτελεσματικός όσο αφορά την παρασκευή των πολυαμιδίων 6.Τ και 4Τ, αρκεί το θερμοκρασιακό προφίλ που χρησιμοποιείται να είναι ορθό, η πίεση πολυμερισμού να μην υπερβαίνει τα επιτρεπτά όρια μετά τα οποία το υλικό συσσωματώνεται και η διαφυγή της διαμίνης να μην είναι ανεξέλεκτη.	el
heal.abstract	Semi-aromatic polyamides, also known as polyphthalamides (PPA), are vastly produced in polymers industry for years due to their ability to combine not only the aromatic properties of aromatic polymers but also the aliphatic properties of the aliphatic ones. In a way they contribute in bridging the gap between the properties of aliphatic polymers such as nylon 6.6 and those of the aromatic polymers, by resting somewhere in between the two. Semi-aromatic polymers obtain some of the characteristic stiffness and increased durability as that of the aramid polymers when they are exposed to high temperatures. On the other hand, their aliphatic part prevents them from being used for long in extremely high elevated temperature conditions. These combined properties of semi-aromatic polymers brought them to the forefrnt of industrial interest for to be used in a wide range of applications such as car compartments, daily utensils and electronic appliances. There are two major synthetic routes in order to obtain a polymer of such a structure. The first one combines an aliphatic diamine with an aromatic acid whereas the second method is via an aromatic diamine with an aliphatic acid. In this project, we used only the first method. The aromatic acid in use was always terephthalic acid which reacted with diamines hexamethylenodia mine (HMD) and 1,4 -methylenodiamine, of six and four carbons respectively, to produce the semi-aromatic polyamides 6.T and 4.T. The manufacture process that was contacted during this paper began by synthesizing the corresponding polyamide salts, throug h a neutralization reaction of the aromatic terephthalic acid and the appropriate diamine. The product of such a reaction is called the salt of the respective polyamide and is prepared in order to ensure the strict stoichiometry needed between the end carboxyl and amino groups. Characterization of those salts by potensiometric titration and thermal analysis was followed to determine their suitability for further use in preparation of the final polyamide. Since the properties of the polyamide salts deemed sufficient, a two step polymerization was contacted. Initially, isothermal microscale experiments in a thermobalance (TGA), determined the appropriate temperature conditions needed for the polymerization. It was also concluded that these polyamide salts, met the required specifications to be used for polymerization at temperatures below their melting point. Afterwards, the collected data from the previous step were applied on a laboratory scale to contact direct solid state polymerization in an autoclave reactor. From these experiments we received larger amounts of polymers that could be easily used to characterize them via thermal and viscometry analysis. Also, through a patent of the contractual set up of the proccess, we were finally able to study for the first time how the system pressure affects the product. This polymerization technique, even though it meets some problems, it was proven to be extremely efficient, enviromentaly friendly and economical at the same time. Examples of the encountered problems during the experiments were the escape of the diamine during the reaction progression which led the carboxyl groups in the system to ixbe in excess. Additionally, we faced the SMT phenomenon was well as the increasion of the pressure in the autoclave system, due to the water produced from the polycondensation reaction. In conclusion, it is safe to say that the direct solid state polymerization in this particular experimental arrangement has proven to be not only effective regarding the production of polyamide 6.T and 4.T, providing that the temperature profile is correct, diamine escape is under control and the polymerization pressure will not exceed allowable limits, after which caking of the material takes place.	en
heal.advisorName	Πορφύρης, Θάνος	el
heal.committeeMemberName	Παπασπυρίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.committeeMemberName	Πορφύρης, Αθανάσιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμερών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	147 σ.
heal.fullTextAvailability	true