Έλεγχος επίδρασης των συνθηκών αντίδρασης στον πολυμερισμό αιθοξυλιωμένων ουρεθανών με συμβατικές μεθόδους θέρμανσης

Ξένου, Κωνσταντίνα; Xenou, Konstantina

dc.contributor.author	Ξένου, Κωνσταντίνα	el
dc.contributor.author	Xenou, Konstantina	en
dc.date.accessioned	2022-02-11T09:54:14Z
dc.date.available	2022-02-11T09:54:14Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/54695
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.22393
dc.rights	Default License
dc.subject	Ουρεθάνες	el
dc.subject	Υδρόφοβα πολυμερή	el
dc.subject	Σύνθεση ουρεθανών	el
dc.subject	Συμβατικοί τρόποι θέρμανσης	el
dc.subject	Μελέτη συνθηκών αντίδρασης	el
dc.subject	Urethanes	en
dc.subject	Hydrophobicity	en
dc.subject	Urethane synthesis	en
dc.subject	Conventional heating methods	en
dc.subject	Parametric study	en
dc.title	Έλεγχος επίδρασης των συνθηκών αντίδρασης στον πολυμερισμό αιθοξυλιωμένων ουρεθανών με συμβατικές μεθόδους θέρμανσης	el
dc.title	Study of the effect of reaction conditions on the polymerization of hydrophobically modified ethoxylated urethanes (HEURs) with conventional heating methods	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Πολυμερή	el
heal.classification	Polymers	en
heal.classification	Σχεδιασμός Διαδικασιών	el
heal.classification	Process Design	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-10-08
heal.abstract	Οι τροποποιημένες υδρόφοβες αιθοξυλιωμένες ουρεθάνες (HEUR) αποτελούν μια κατηγορία ουρεθανών που αξιοποιείται ως πρόσθετο σε υδατοδιαλυτά μείγματα για την τροποποίηση της ρεολογικής τους συμπεριφοράς. Η εκτεταμένη χρήση τους, ειδικά στη βιομηχανία χρωμάτων και επικαλύψεων, έχει δημιουργήσει την ανάγκη για παραγωγή πολυμερών HEUR με τις κατάλληλες ρεολογικές ιδιότητες, χωρίς τη χρήση διαλυτών, λόγω οικονομικών και περιβαλλοντικών περιορισμών. Κρίνεται, λοιπόν, απαραίτητη η μελέτη της επίδρασης των συνθηκών αντίδρασης στη σύνθεση HEUR με συμβατικούς τρόπους θέρμανσης χωρίς τη χρήση διαλυτών. Στη συγκεκριμένη ανάλυση, το πολυμερές HEUR παράγεται από πολυαιθυλενογλυκόλη μοριακού βάρους 8000 g/mol (PEG8000) και το 4,4-δικυκλοεξυλομεθανικό διισοκυάνιο (HMDI), παρουσία καταλύτη καρβοξυλικού άλατος βισμουθίου και με χρήση 1-οκτανόλης που αντιδρά με τα άκρα των πολυμερικών αλυσίδων και αποδίδει στο πολυμερές τις κατάλληλες ρεολογικές ιδιότητες. Η έκταση του πολυμερισμού χαρακτηρίζεται μέσω του μέσου μοριακού βάρους που υπολογίζεται από την υγρή χρωματογραφία διέλευσης μέσω πηκτής (GPC), ενώ παράλληλα αξιολογείται η μέτρηση της ροπής του αντιδρώντος μείγματος, το φάσμα υπερύθρου (FTIR) του πολυμερούς και η ρεολογική συμπεριφορά του προϊόντος μέσω ρεομέτρου. Ειδικότερα, αναλύεται η επίδραση της αρχικής υγρασίας της PEG, η οποία όταν βρίσκεται σε υψηλή συγκέντρωση εμποδίζει την εξέλιξη του πολυμερισμού. Υψηλές συγκεντρώσεις υγρασίας της PEG έως 11000 ppm οδηγούν σε προϊόν HEUR μέσου μοριακού βάρους 7400 g/mol, όμως χαμηλό περιεχόμενο υγρασίας στα 700 ppm αντιστοιχεί σε πολυμερές με 19000 g/mol. Αντίθετα, από τη θερμοκρασιακή μελέτη προκύπτει ότι η αύξηση της θερμοκρασίας ευνοεί το σχηματισμό ουρεθανικών δεσμών. Συγκεκριμένα, για τη χαμηλότερη θερμοκρασία 80℃ το μέσο μοριακό βάρος του πολυμερούς HEUR στα 45 λεπτά υπολογίζεται 19000 g/mol, ενώ για 110℃ ανέρχεται στα 22000 g/mol. Η μελέτη ως προς την ταχύτητα ανάδευσης φανέρωσε ότι, χαμηλές ταχύτητες ανάδευσης όπως 30rpm συμβάλουν στην παραγωγή πολυμερών μοριακού βάρους 16500 g/mol στα 45 λεπτά, αλλά με μεγαλύτερες ταχύτητες ανάδευσης έως 300rpm παράγεται προϊόν με 19000 g/mol. Αντίστοιχα, εξετάζεται η επίδραση της συγκέντρωσης του καταλύτη που επηρεάζει σημαντικά το μέσο μοριακό βάρος σε μικρούς χρόνους αντίδρασης και επιταχύνει την αντίδραση μέχρι να φτάσει ένα πλατό. Συγκέντρωση καταλύτη 0.035% επιταχύνει την αντίδραση προς σχηματισμό πολυμερούς μέσου μοριακού βάρους 15212 g/mol στα 15 λεπτά, ενώ για υψηλότερες συγκεντρώσεις έως και 2.1%, η αντίδραση φτάνει σε ένα πλατό με μοριακό βάρος 21000 g/mol. Το μέσο μοριακό βάρος στο πλατό της αντίδρασης εντοπίζεται στην τιμή 21500 g/mol.. Η μελέτη της επίδρασης του καταλύτη και της ταχύτητας ανάδευσης ως προς την εκκίνηση της αντίδρασης καταδεικνύει ότι η ακαριαία εκκίνηση της αντίδρασης είναι εφικτή μονο με συνδυασμό αυτών των δύο παραμέτρων.	el
heal.abstract	Hydrophobe – modified ethoxylate urethanes, HEUR, are a class of urethanes used as an additive in waterborne mixtures in order to modify their rheological properties. Their extensive use in the paint and coating industry has created the need to produce HEUR polymers with the appropriate rheological properties, without the use of solvents, due to economic and environmental constraints. It is therefore necessary to study the effect of the reaction conditions on the composition of HEUR by conventional heating methods without the use of solvents. In this work, the HEUR polymer is produced from polyethylene glycol with a molecular weight of 8000 g / mol (PEG8000) and 4,4-dicyclohexylmethane diisocyanate (HMDI), in the presence of the catalyst bismuth carboxylate using 1-octanol as end-capper of the polymer chains, which imparts the appropriate rheological properties to the polymer. The extent of polymerization is characterized by Gel Permeation Chromatography (GPC), while the torque of the reaction mixture, the infrared spectrum (FTIR) and the rheological behavior of the product are evaluated. In particular, the effect of the initial moisture of PEG is analyzed, showing that high concentration prevents the evolution the polymerization. High moisture concentrations of PEG up to 11000ppm lead to a HEUR product with an average molecular weight of 7400 g/mol, but a low moisture content of 700ppm produces a polymer with 19000 g/mol. On the contrary, the temperature study showed that the increase in temperature favors the formation of urethane bonds. Specifically, for the lowest temperature 80℃ the average molecular weight of the HEUR polymer at 45 minutes is estimated at 19000 g/mol, while for 110℃ it amounts to 22000 g/mol. The stirring rate study concluded that low agitation rates such as 30rpm contribute to the production of polymers with a molecular weight of 16500 g/mol at 45 minutes, but higher agitation rates of up to 300rpm produce a product with 19000 g/mol. The catalyst concentration significantly affects the average molecular weight at short reaction times and accelerates the reaction until it reaches a plateau. Catalyst concentration of 0.035% accelerates the reaction to form a polymeric average molecular weight of 15212 g/mol at 15 minutes, while for higher concentrations up to 2.1%, the reaction reaches a plateau with a molecular weight of 21000 g/mol. The average molecular weight of the reaction plateau is located at 21500 g/mol. The study of the effect of the catalyst and the stirring rate on the reaction initiation concluded that the instantaneous start of the reaction is possible only by combining these two parameters.	en
heal.advisorName	Stefanidis, Georgios	en
heal.committeeMemberName	Stefanidis, Georgios	en
heal.committeeMemberName	Philippopoulos, Constantine	en
heal.committeeMemberName	Mamma, Diomi	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ). Εργαστήριο Τεχνικής Χημικών Διεργασιών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	75 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false