Μελέτη Πολυμερισμού Στερεάς Κατάστασης Μονομερών Αλειφατικών Πολυαμιδίων - Μυταρά, Αγγελική (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμερών, 2017)
Τα πολυαμίδια αποτελούν ένα εμπορικό προϊόν με ευρεία γκάμα εφαρμογών σε πολλούς τομείς της βιομηχανίας. Τα πολυαμίδια είναι προϊόντα συμπύκνωσης διοξέων με διαμίνες ή αμινοξέων. Χαρακτηριστικό γνώρισμα των πολυαμιδίων είναι ο αμιδικός δεσμός (-CONH-) ο οποίος τους προσδίδει και τις ιδιαίτερες ιδιότητες τους. Ως αλειφατικά πολυαμίδια, χαρακτηρίζονται τα πολυαμίδια που παράγονται από αλειφατικά μονομερή. Η μελέτη αυτή εστιάζει στα πολυαμίδια υψηλού αλειφατικού περιεχομένου, των οποίων το μονομερές αποτελείται από τουλάχιστον δέκα άτομα άνθρακα. Η συμβατική μέθοδος παραγωγής των αλειφατικών πολυαμιδίων γίνεται με 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, 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 από μονομερές άλατος 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. Η πειραματική διαδικασία που ακολουθήθηκε στην παρούσα εργασία περιλάμβανε σε πρώτο στάδιο την παραγωγή του πολυαμιδικού άλατος 612 μέσω αντίδρασης εξουδετέρωσης του δωδεκανοδυϊκού οξέος με την εξαμεθυλενοδιαμίνη, η οποία πραγματοποιήθηκε σε υδατικό διάλυμα. Η παρασκευή του άλατος πολυαμιδίου είναι κρίσιμη για την διατήρηση της απαραίτητης στοιχειομετρίας ακραίων ομάδων. Μετά την παραλαβή του άλατος με φυσική εξάτμιση του διαλύτη, ακολουθεί ο χαρακτηρισμός του μέσω θερμικών αναλύσεων και ποτενσιομετρικής τιτλοδότησης. Στην συνέχεια ακολούθησαν πειράματα πολυμερισμού στερεάς κατάστασης σε μικροκλίμακα σε θερμοζυγό για τον προσδιορισμό των πειραματικών συνθηκών που θα εφαρμοστούν σε μεγαλύτερη κλίμακα. Από την διαδικασία αυτή προέκυψε το συμπέρασμα ότι το υλικό αυτό ήταν δυνατόν να πολυμεριστεί σε στερεά κατάσταση χωρίς να εμφανίζει μακροσκοπικά τουλάχιστον το φαινόμενο ii επίτηξης. Ακολούθησε λοιπόν, ανακλιμάκωση της διεργασίας με πολυμερισμό στερεάς κατάστασης σε δύο εργαστηριακούς αντιδραστήρες, εκ των οποίων ο ένας ήταν κυλινδρικής γεωμετρίας και ο άλλος γεωμετρίας πλάκας. Έλαβαν χώρα πειράματα σε όμοιες συνθήκες και στους δύο αντιδραστήρες και τα τελικά προϊόντα χαρακτηρίστηκαν μέσω θερμικών αναλύσεων, ιξωδομετρικής ανάλυσης και ποτενσιομετρικής τιτλοδότησης. Τα προϊόντα επίσης εξετάστηκαν μακροσκοπικά ως προς την εμφάνιση του φαινομένου επίτηξης. Από την έκβαση των πειραμάτων προέκυψε ότι η διάταξη του μονομερούς στον χώρο είχε άμεση επίδραση στην εμφάνιση του φαινομένου επίτηξης. 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, κάτι που δεν επετεύχθη στον κυλινδρικό αντιδραστήρα. 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.