Μελέτη απευθείας πολυμερισμού στερεάς κατάστασης με στόχο την παραγωγή αλειφατικών πολυαμιδίων

Κοντοδίνας, Δημήτριος; Kontodinas, Dimitrios

dc.contributor.author	Κοντοδίνας, Δημήτριος	el
dc.contributor.author	Kontodinas, Dimitrios	en
dc.date.accessioned	2020-07-16T08:36:15Z
dc.date.available	2020-07-16T08:36:15Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50887
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18585
dc.rights	Default License
dc.subject	Πολυαμίδια	el
dc.subject	PA612	en
dc.subject	DSSP	en
dc.subject	Πολυμερισμός Στερεάς Κατάστασης	el
dc.subject	nylon	en
dc.title	Μελέτη απευθείας πολυμερισμού στερεάς κατάστασης με στόχο την παραγωγή αλειφατικών πολυαμιδίων	el
dc.contributor.department	Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμερών	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μηχανική Πολυμερών	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-02-26
heal.abstract	Τα πολυαμίδια αποτελούν ένα άκρως εμπορικό προϊόν με ευρύ φάσμα εφαρμογών σε πολλούς τομείς της βιομηχανίας. Τα πολυαμίδια αποτελούν προϊόντα συμπύκνωσης διοξέων με διαμίνες ή αμινοξέα και χαρακτηριστικό γνώρισμα τους είναι ο αμιδικός δεσμός (-CONH-) ο οποίος τους προσδίδει και τις ιδιαίτερες ιδιότητες τους. Η μελέτη αυτή εστιάζει στα πολυαμίδια υψηλού αλειφατικού περιεχομένου, των οποίων το μονομερές αποτελείται από τουλάχιστον δέκα άτομα άνθρακα και πιο συγκεκριμένα μελετώνται αλειφατικά πολυαμίδια υψηλού αλειφατικού περιεχομένου προερχόμενα από ανανεώσιμες πρώτες ύλες και τα οποία συγκρίνονται με τα αντίστοιχα πετροχημικά. Τα συγκεκριμένα πολυαμίδια λόγω της μικρότερης πυκνότητας αμιδικών δεσμών τείνουν να προσεγγίσουν την δομή των πολυαιθυλενίων και χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές που απαιτούν μειωμένη υγροσκοπικότητα και μεγαλύτερη «ελαστικότητα». Η συμβατική μέθοδος παραγωγής των αλειφατικών πολυαμιδίων περιλαμβάνει την τεχνολογία διαλύματος-τήγματος. Η τεχνική αυτή χρησιμοποιείται ευρέως στην διαδικασία παραγωγής πολυαμιδίων λόγω του σχετικά χαμηλού κόστους της και των γρήγορων ρυθμών αντίδρασης. Παρουσιάζει όμως και βασικά μειονεκτήματα, όπως η χρήση υψηλών θερμοκρασιών που οδηγούν σε θερμική καταπόνηση του υλικού και ο ακριβός κύκλος «νερού». Επίσης, η τεχνική αυτή δεν αποδίδει προϊόν υψηλού μοριακού βάρους, λόγω περιορισμών από το υψηλό ιξώδες τήγματος, με αποτέλεσμα να απαιτείται περαιτέρω πολυμερισμός σε στερεά κατάσταση για την αύξηση του μοριακού βάρους του υλικού. Στην παρούσα εργασία ερευνάται η δυνατότητα παραγωγής του αλειφατικού πολυαμιδίου 612 μέσω Απευθείας Πολυμερισμού Στερεάς Κατάστασης (DSSP). Ο DSSP είναι μία τεχνική η οποία εφαρμόζεται κυρίως σε εργαστηριακή κλίμακα αλλά έχει ιδιαίτερο πρακτικό ενδιαφέρον καθώς εξαλείφει όλα τα προβλήματα της τεχνικής διαλύματος-τήγματος και συνδυάζει το χαμηλό κόστος με το χαμηλό περιβαλλοντικό αντίκτυπο. Μείζον θέμα κατά την εφαρμογή του DSSP είναι η διατήρηση της στερεάς κατάστασης και η εξάλειψη του φαινομένου επίτηξης (SMT). Η πειραματική διαδικασία που ακολουθήθηκε στην παρούσα εργασία περιλάμβανε σε πρώτο στάδιο την παραγωγή του πολυαμιδικού άλατος 612 μέσω αντίδρασης εξουδετέρωσης του δωδεκανοδιϊκού οξέος με την εξαμεθυλενοδιαμίνη, με τρεις διαφορετικές τεχνικές, καθώς η παρασκευή του μονομερούς του πολυαμιδίου είναι κρίσιμη για την διατήρηση της απαραίτητης στοιχειομετρίας ακραίων ομάδων.. Η 1ηπραγματοποιήθηκε με διάλυση των αντιδρώντων σε υδατικό διάλυμα και παραλαβή του στερεού προϊόντος με φυσική εξάτμιση του διαλύτη, η 2η με ανάμειξη αιθανολικών διαλυμάτων των μονομερών και παραλαβή του προοϊόντος με διήθηση υπό κενό και τέλος 3η η αντιδιάλυση του άλατος από υδατικό διάλυμα με μεθανόλη. Μετά την παραλαβή του άλατος, ακολουθεί ο χαρακτηρισμός του ως προς την κοκκομετρία, την χημική δομή (μέσω FTIR και XRD), την συγκέντρωση των ακραίων ομάδων (μέσω ποτενσιομετρικής τιτλοδότησης) και τις θερμικές ιδιότητες (μέσω DSC και TGA). Στην συνέχεια ακολούθησαν πειράματα πολυμερισμού στερεάς κατάστασης σε μικροκλίμακα σε θερμοζυγό (TGA) για τον προσδιορισμό των πειραματικών συνθηκών που θα εφαρμοστούν σε μεγαλύτερη εργαστηριακή κλίμακα κλίμακα. Από την διαδικασία αυτή προέκυψε το συμπέρασμα πως βέλτιστη τεχνική παρασκευή άλατος είναι η 1η και με αυτή παρασκευάστηκαν δύο ποιότητες αλάτων, μια με πετροχημικό διοξύ (fossil-based) και μια με διοξύ προερχόμενο από ανανεώσιμες πρώτες ύλες (bio-based diacid). Ακολούθως διαπιστώθηκε ότι το παραχθέν άλας αυτό ήταν δυνατόν να πολυμεριστεί σε στερεά κατάσταση χωρίς να εμφανίζει, μακροσκοπικά τουλάχιστον, το φαινόμενο επίτηξης. Ακολούθησε λοιπόν, ανακλιμάκωση της διεργασίας σε εργαστηριακό αντιδραστήρα στερεάς κλίνης για τις δυο ποιότητες. Τα τελικά προϊόντα χαρακτηρίστηκαν μέσω θερμικών αναλύσεων, ιξωδομετρικής ανάλυσης και ποτενσιομετρικής τιτλοδότησης. Τα προϊόντα επίσης εξετάστηκαν μακροσκοπικά ως προς την εμφάνιση του φαινομένου επίτηξης μέσω οπτικού ελέγχου. Από την έκβαση των πειραμάτων προέκυψε ότι η ποιότητα του πολυμερούς αποδίδει διαφορετικές ιδιότητες. Καταλήγοντας, δείχθηκε ότι είναι δυνατόν να επιτευχθεί ο απευθείας πολυμερισμός στερεάς κατάστασης του άλατος 612 στον αντιδραστήρα πλάκα σε κατάλληλο θερμοκρασιακό προφίλ χωρίς την εμφάνιση του φαινομένου επίτηξης. Τα πολυαμίδια του βιοπολυμερούς είχαν σε όλες τις περιπτώσεις μεγαλύτερα μέσα μοριακά βάρη Mw και Mn, 19551-39807 g/mol και 2710-5336 g/mol αντίστοιχα, ενώ για το πετροχημικό κυμαίνονται μεταξύ 9940-27373 g/mol και 1297-4795 g/mol αντίστοιχα. Ακολούθως, το βιοπολυμερές εμφανίζει μεγαλύτερη κρυσταλλικότητα, ενώ και στις δύο περιπτώσεις παρουσιάζονται παρόμοια σημεία τήξης. Το γεγονός αυτό, γεννά μία νέα σειρά ερωτημάτων, τα οποία έχουν να κάνουν με την βελτιστοποίηση της διεργασίας και την εφαρμογή της σε βιομηχανικό επίπεδο.	el
heal.advisorName	Βουγιούκα, Σταματίνα
heal.committeeMemberName	Βουγιούκα, Σταματίνα
heal.committeeMemberName	Δέτση, Αναστασία
heal.committeeMemberName	Κόλλια, Κωνσταντίνα
heal.academicPublisher	Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	201
heal.fullTextAvailability	false