doktorska disertacija
Povzetek
V zadnjih letih se za naprednejše korozijske zaščite raznih kovinskih konstrukcij in naprav uporabljajo med drugim v veliki meri polietileni (PE), ki so zaradi svojih kemijskih in fizikalnih lastnosti še kako zanimivi. Njihova uporaba je vedno bolj zaželjena in razširjena v industrijah praškastih premazov (barve, laki), kjer velik omejitveni faktor predstavljajo okolju nevarne hlapne organske spojine (HOS, ang. volatile organic compound - VOC). Trend po svetu in predvsem v Evropi je zadnje čase naravnan k zeleni kemiji in k pridobivanju izdelkov visoke tržne vrednosti s praktično ničelno oz. minimalno vsebnostjo organskih spojin pri procesiranju in izdelavi produktov. Ker ogljikov dioksid (CO2) konvencionalnim topilom že vrsto let predstavlja odlično alternativo, smo v prvem sklopu doktorske disertacije za potrebe načrtovanj različnih visokotlačnih procesov izvedli preliminarne raziskave za polietilene nizke in visoke gostote, saj pri obsežnem pregledu strokovne znanstvene literature teh podatkov nismo zasledili oz. jih je v okrnjeni obliki zelo malo. Glavni cilj prvega sklopa doktorske raziskave je pridobitev podatkov o faznih ravnotežjih trdno-tekoče (S-L) za polietilene, topnost in difuzivnost plina (fluida) CO2 v polietilenih. Pridobljeni podatki so ključnega pomena in služijo za načrtovanje procesiranja s polietileni. Raziskali smo obnašanje in zmožnost procesiranja polietilenov v sub- in superkritičnih fluidih (CO2, propan). Fazna ravnotežja trdno-tekoče (S-L) za polietilen nizke gostote (LDPE) in polietilen visoke gostote (HDPE) smo raziskali v atmosferi ogljikovega dioksida (CO2) in propana. Meritve smo izvajali v območju tlaka od 0 do 90 MPa. S pomočjo magnetne suspenzijske tehtnice (MSB) smo raziskali topnost in difuzivnost ogljikovega dioksida v polietilenih v območju tlaka od 0 do 30 MPa pri temperaturi 373 K (100 °C). Topnost fluida v polietilenih je pogojena s tlakom in/ali temperaturo in povzroča običajno nabrekanje materiala, prav tako pa se s topnostjo plina povečuje polimeru masa. Posledično se polimerom zaradi tega zniža viskoznost in temperatura tališča. V atmosferi ogljikovega dioksida na tališče LDPE medsebojno vplivata učinek raztapljanja plina v polimer in učinek hidrostatičnega tlaka, ki med seboj konkurirata. V atmosferi propana smo zasledili obraten trend, pri čemer hidrostatični tlak ni bil tako izrazit. Učinek raztapljanja propana prevladuje nad učinkom hidrostatičnega tlaka. Za HDPE je učinek hidrostatičnega tlaka izražen v celotnem območju tlaka CO2, medtem ko v propanu učinek raztapljanja plina nad hidrostatičnim tlakom prevladuje. Polietilenom se tališče v propanu glede na medij CO2 v povprečju zniža za 17 K.Iz pridobljenih podatkov MSB je razvidno, da topnost CO2 v polietilenih z višanjem tlaka narašča in doseže najvišje vrednosti za PE nizke gostote, najnižje vrednosti pa za PE visoke gostote. V drugem sklopu doktorske disertacije smo se osredotočili na raziskave nove tehnike sinteze biorazgradljivega polimera poli(propilen fumarata) (PPF) v superkritičnem ogljikovemu dioksidu (scCO2). PPF bi lahko v biomedicinskih aplikacij služil kot potencialen material za umetno maso in substitut človeškim kostem (implantat), v katerega bi se vraščale celice, ali pa bi služil kot material za sproščanje zdravilnih učinkovin. Predvsem nas je zanimalo ali sinteza PPF v odsotnosti katalizatorjev v scCO2 sploh poteče. Izkazalo se je, da je scCO2 odličen medij za kemijsko sintezo PPF.Poznana je cela vrsta klasičnih (konvencionalnih) sintez, ki se med seboj bistveno ne razlikujejo. Vsem tehnikam sinteze je skupna problematika katalizatorjev in konvencionalnih organskih topil, ki v nadaljevanju sinteze služijo za čiščenje produkta.
Ključne besede
polietilen;superkritični ogljikov dioksid;subkritični ogljikov dioksid;propan;fazna ravnotežja;magnetna suspenzijska tehtnica;tkivno inženirstvo;tehologija kostnih nadomestkov;Polimeri;Disertacije;Sinteza polimerov;Raziskave;
Podatki
Jezik: |
Slovenski jezik |
Leto izida: |
2015 |
Tipologija: |
2.08 - Doktorska disertacija |
Organizacija: |
UM FKKT - Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo |
Založnik: |
[D. Čuček] |
UDK: |
544.344:57.089(043.3) |
COBISS: |
18722582
|
Št. ogledov: |
2114 |
Št. prenosov: |
292 |
Ocena: |
0 (0 glasov) |
Metapodatki: |
|
Ostali podatki
Sekundarni jezik: |
Angleški jezik |
Sekundarni naslov: |
SUPERCRITICAL FLUIDS AS A MEDIUM FOR PROCESSING AND POLYMER SYNTHESIS |
Sekundarni povzetek: |
In recent years, polyethylenes (PE) are widely used for the advanced anticorrosion protection of various metal constructions and devices, which are very interesting due to their chemical and physical properties. Their use in varnishes and powder coatings industry becomes desirable and widespread since major limiting factor of environmentally hazardous volatile organic compounds % VOCs % plays a crucial role. Lately, trend in the world and especially in Europe is directed towards green chemistry to acquire products of high commercial value with minimum content of volatile organic compounds by processing and products manufacturing. Carbon dioxide (CO2) represents an excellent alternative to conventional solvents over many years. In the first part of dissertation the preliminary researches for low- and high density polyethelynes have been done to provide a good groundwork for high pressure processing. In a broad review of scientific papers and literature, data have not been found or their quality and/or quantity didn't reach minimum expectations. The main aim of the first part of research is acquirement of solid-liquid (S-L) phase equilibria for polyethylenes, solubility and diffusivity of gas (fluid) CO2 in polyethylenes. The data obtained are essential for polyethylenes processing. Behavior and ability of processing polyethylenes in sub- and supercritical fluids (CO2, propane) have been investigated. The solid-liquid (S-L) phase equilibria of low-density polyethelyne (LDPE) and high-density polyethelyne (HDPE) have been investigated in presence of carbon dioxide (CO2) and propane. Measurements of phase transition were performed in range of pressure of 1%90 MPa. Solubility and diffusivity of carbon dioxide in polyethylenes were measured at temperature of 373 K and pressures up to 30 MPa with using a magnetic suspension balance (MSB). The solubility of the fluid in polyethylene is influenced by pressure and/or temperature, and causes swelling of material. As well, mass of the polymer increases with solubility of gas. Consequently, viscosity and melting temperature of polymers reduce. In presence of carbon dioxide, the melting point of LDPE is influenced by two competing effects: a solubilization of gas in polymer and hydrostatic pressure. Oppositely, in presence of propane the hydrostatic pressure was not as pronnounced as in the presence of CO2. The solubilization effect of propane prevails over competing effect of hydrostatic pressure. For HDPE, in whole pressure range of CO2 the effect of hydrostatic pressure prevails, while in propane the solubilization effect prevails over competing effect of hydrostatic pressure. For the polyethylenes investigated in propane, melting point decreases in average for 17 K compared to CO2 medium. From MSB data it can be seen that solubility of CO2 in polyethylenes increases with increasing pressure. The highest solubility was obtained for low-density PE and the lowest solubility was obtained for high-pressure PE. In the second part of dissertation we focused on research of new technique of synthesis of biodegradable polymer of poly(propylene fumarate) (PPF) in supercritical carbon dioxide (scCO2). PPF could be used for biomedical applications and is potential as cellular ingrowth implant (substitute for human bone). PPF could be used as material for controlled (healing) substance delivery as well. Particularly, we were interested in an idea, whether the synthesis of PPF in absence of catalysts in scCO2 is possible. It has been found out the scCO2 is an excellent medium for the chemical synthesis of PPF. |
Sekundarne ključne besede: |
polyethylene;supercritical carbon dioxide;subcritical carbon dioxide;proprane;equilibria;magnetic suspension balance;bone tissue engineering;bone grafit substitutes; |
URN: |
URN:SI:UM: |
Vrsta dela (COBISS): |
Doktorsko delo/naloga |
Komentar na gradivo: |
Univ. v Mariboru, Fak. za kemijo in kemijsko tehnologijo |
Strani: |
XXII, 136 str. |
ID: |
8751840 |