Ανάπτυξη πολυμερισμού στερεάς κατάστασης για την παραγωγή αλειφατικών πολυαμιδίων: Πολυαμίδιο 12.12

Βασιλειάδης, Αναστάσιος; Vasileiadis, Anastasios

dc.contributor.author	Βασιλειάδης, Αναστάσιος	el
dc.contributor.author	Vasileiadis, Anastasios	en
dc.date.accessioned	2022-09-13T09:02:18Z
dc.date.available	2022-09-13T09:02:18Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55648
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23346
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Πολυμερή	el
dc.subject	ΑΠΣΚ	el
dc.subject	Πολυαμίδια	el
dc.subject	Νάιλον	el
dc.subject	Νάυλον	el
dc.subject	Πολυαμίδιο 1212	el
dc.subject	Πολυαμίδιο 12,12	el
dc.subject	Polymers	en
dc.subject	Polyamides	en
dc.subject	DSSP	en
dc.subject	PA 1212	en
dc.subject	PA 12,12	en
dc.subject	Nylon	en
dc.subject	Nylon 1212	en
dc.title	Ανάπτυξη πολυμερισμού στερεάς κατάστασης για την παραγωγή αλειφατικών πολυαμιδίων: Πολυαμίδιο 12.12	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Τεχνολογία Πολυμερών	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-03-02
heal.abstract	Βιομηχανικά τα πολυαμίδια κατέχουν εξέχουσα θέση, καθώς έχουν ευρύ φάσμα εφαρμογών σε πολλούς τομείς λόγω των εξεζητημένων ιδιοτήτων τους. Με την πάροδο του χρόνου κρίθηκε επιτακτική η ανάγκη παραγωγής αλειφατικών πολυαμιδίων μακράς αλύσου λόγω της υψηλής αντοχής τους στην υγρασία. Ταυτόχρονα είναι ιδιαίτερα επιθυμητή η χρήση τεχνικών που είναι φιλικές προς το περιβάλλον. Ο Άμεσος Πολυμερισμός Στερεάς Κατάστασης αποτελεί εναλλακτική της οικονομικά και περιβαλλοντικά υποδεέστερης συμβατικής μεθόδου παραγωγής πολυαμιδίων, ωστόσο βρίσκεται σε πρώιμα στάδια. Η παρούσα διπλωματική εργασία διερευνά την δυνατότητα παραγωγής του πολυαμιδίου 1212 από μονομερές άλατος 1212 μέσω Απευθείας Πολυμερισμού Στερεάς Κατάστασης (DSSP). Μείζονος σημασίας για την επιτυχία μία διεργασίας DSSP αποτελεί η διατήρηση της στερεάς κατάστασης και η εξάλειψη του φαινομένου της επίτηξης. Η πειραματική διαδικασία που ακολουθήθηκε στην προκείμενη διπλωματική εργασία αποτελείται από τρία διακριτά στάδια. Στο πρώτο στάδιο περιλαμβάνεται η παραγωγή του πολυαμιδικού άλατος 1212 μέσω αντίδρασης εξουδετέρωσης του δωδεκανοδιϊκού οξέος και της 1,12-δωδεκαμεθυλενοδιαμίνης, η οποία πραγματοποιήθηκε σε αιθανολικό διάλυμα με ικανοποιητικές αποδόσεις κοντά στο 90%. Ακολούθως το παραγόμενο άλας χαρακτηρίζεται πλήρως μέσω αναλύσεων κοκκομετρίας, περίθλασης ακτινών Χ, υπέρυθρης φασματομετρίας, ποτενσιομετρικής τιτλοδότησης και θερμικών μεθόδων. Στο δεύτερο στάδιο της πειραματικής διαδικασίας λαμβάνουν χώρα πειράματα DSSP στη μικροκλίμακα και εξετάζονται: η επίδραση της θερμοκρασίας, ο χρόνος αντίδρασης, η χρήση καταλύτη και η διαφορά στην προθέρμανση. Από αυτό το στάδιο παρατηρήθηκε ότι είναι δυνατόν ο πολυμερισμός να διεξαχθεί πλήρως σε στερεά κατάσταση χωρίς να εμφανίζεται (μακροσκοπικά τουλάχιστον) το φαινόμενο της επίτηξης για τις θερμοκρασίες 160,162 oC ενώ στους 165oC και 170οC επήλθε μερική και πλήρης τήξη αντίστοιχα. Ο ρυθμός της αντίδρασης είναι ιδιαίτερα αργός με απαιτήσεις 18 ωρών και πλέον για τις χαμηλές θερμοκρασίες. Τρίτο στάδιο της πειραματικής διαδικασίας αποτέλεσε η διεξαγωγή πειραμάτων DSSP σε εργαστηριακή κλίμακα. Με σκοπό την καλύτερη κατανόηση και τη σύγκριση των αποτελεσμάτων στο στάδιο αυτό, επιλέχθηκε η χρήση δύο τύπων αντιδραστήρα (κυλινδρικός και επίπεδος) αλλά και η παραγωγή πολυαμιδίου 1212 μέσω συμβατικής τεχνικής πολυμερισμού τήγματος. Αρχικά, έλαβαν χώρα πειράματα σε όμοιες συνθήκες με αυτές των επιτυχημένων πειραμάτων της μικροκλίμακας και στη συνέχεια επιλέχθηκε η περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας πολυμερισμού με σκοπό την παρατήρηση του φαινομένου της επίτηξης. Ακολούθως, έγινε ανάλυση και σύγκριση των πειραματικών δεδομένων συνολικά οδηγώντας σε συμπεράσματα για την φύση της αντίδρασης πολυσυμπύκνωσης αλλά και για την διαφορά του DSSP πολυαμιδικού άλατος 1212 με προηγούμενες μελέτες. Συνοπτικά, η ανάλυση της κινητικής της αντίδρασης πολυμερισμού σε στερεά κατάσταση έδειξε πως η ενέργεια ενεργοποίησης του PA 1212 είναι υψηλότερη από αυτήν του PA 612 και αποτελεί εξήγηση των υψηλών χρόνων αντίδρασης. Επίσης, παρατηρήθηκε πως υπάρχει σημαντική διαφορά στα αποτελέσματα των πειραμάτων μικροκλίμακας σε σχέση με αυτά στην εργαστηριακή κλίμακα καθώς στις θερμοκρασίες 165, 170 και 175 oC διατηρήθηκε η στερεά κατάσταση στην εργαστηριακή κλίμακα εν αντιθέσει με τα αποτελέσματα της μικροκλίμακας. Επιπρόσθετα η γεωμετρία του αντιδραστήρα δεν φαίνεται να επηρεάζει την διατήρηση της στερεάς κατάστασης, πρωτοφανές φαινόμενο για αλειφατικό πολυαμίδιο στις συγκεκριμένες πειραματικές διατάξεις. Επίσης, αύξηση της θερμοκρασίας της αντίδρασης, οδηγεί σε δραματική μείωση του χρόνου αντίδρασης και υψηλότερα μοριακά βάρη. Ακόμη, τα προϊόντα που προέκυψαν από τις διεργασίες DSSP έχουν παρόμοια χαρακτηριστικά με το προϊόν της συμβατικής τεχνικής τήγματος. Τέλος, σχολιάζονται τα αρκετά χαμηλά μοριακά βάρη που επιτυγχάνονται από το σύνολο των πειραμάτων στην εργαστηριακή κλίμακα, καθώς οι τιμές ιξώδους που λαμβάνονται βρίσκονται στην περιοχή των 0,50 dl/g ενώ οι αντίστοιχη τιμή για εμπορικό PA1212 είναι 1,56 dl/g.	el
heal.abstract	Polyamides are prominent commercial products with a variety of applications in plenty industrial fields due to their sophisticated properties. Over time, the need to produce long-chain aliphatic polyamides was deemed imperative due to their high resistance to moisture. At the same time, the use of environmentally friendly techniques is highly desirable. Direct Solid State Polymerization (DSSP) is an alternative to the economically and environmentally inferior conventional production method of polyamides, however it is still in early stages. The present thesis investigates the possibility of polyamide 1212 production from aliphatic polyamide salt 1212 through Direct Solid State Polymerization (DSSP). A major issue which arises, when considering the implementation of DSSP, is maintaining the solid state during the reaction, and eliminating the solid melt transition phenomenon (SMT). The experimental process that was conducted in this dissertation consists of three distinct steps. The first step involves the synthesis of polyamide salt 1212 through a condensation reaction between dodecanedioic acid and 1,12-dodecane-methylene-diamine, which was carried out in ethanolic solution with satisfactory yields close to 90%. The quality of the produced polyamide salt is then characterized by granulometry analysis, X-ray diffraction, Infrared spectrometry, potentiometric titration and thermal methods. In the second step, DSSP experiments in a microscale reactor (TGA) were performed examining the effects of: temperature, reaction time, catalyst and different warm-up methods. From this stage it was observed that it is indeed possible for the polymerization to be carried out completely in a solid state without the occurrence (macroscopically) of the fusion effect for the temperatures 160, 162 oC while at 165 and 170 oC the partial and complete melting occurred respectively. The reaction rate is very slow with requirements of more than 18 hours at low temperatures. The third stage of the experimental process was DSSP experiments on a laboratory scale. At this stage, two types of reactors (cylindrical and plate) were chosen, as well as the production of polyamide 1212 through a conventional melt polymerization technique, in order to better understand and compare the results. Initially, experiments were performed under conditions similar to those of successful microscale experiments. Subsequently, further increase of the polymerization temperature was enforced in order to observe the SMT phenomenon. Afterwards, the experimental data were analyzed and compared as a whole, leading to conclusion about the nature of the polycondensation reaction compared to similar processes from previous studies. In summary, the analysis of the kinetics of the DSSP reaction showed that the activation energy (Ea) of PA1212 is higher than that of PA612, explaining the big difference in reaction times. It was also observed that there is significant difference in the results of micro-scale experiments in relation to those on the laboratory scale as at the temperatures 165, 170 and 175 oC the solid state was maintained in the laboratory scale, in contrast to the results of the micro-scale. In addition, the geometry of the reactor does not appear to affect the solid state, an unprecedented phenomenon for aliphatic polyamide in the specific experimental configuration. Also, it appears that an increase in the reaction temperature, leads to a dramatic reduction of the reaction time and higher molecular weights of the products. Furthermore, the products obtained from the DSSP processes have similar characteristics to the product of the conventional melt technique. Finally, the rather low molecular weights achieved in all laboratory scale experiments are commented, as the viscosity values obtained are in the range of 0.50 dl/g while the corresponding value for commercial PA1212 is 1,56 dl/g.	en
heal.advisorName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.committeeMemberName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.committeeMemberName	Μπουρουσιάν, Μιρτάτ	el
heal.committeeMemberName	Σταματίνα, Βουγιούκα	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	177 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false