נוזלים קריטיים הופיעו כמדיום משתנה בכימיה פולימריאלית, המציע תערובת ייחודית של דיפרטיביות דמוי גז ועוצמה מחוספסת דמוית נוזל.הפעלה מעל הטמפרטורה הקריטית והלחץ, נוזלים אלה מאפשרים תוספת תגובות פולימריזציה כי הם מהירים יותר, נקי יותר, ובאופן יותר שליטה מאשר שיטות מסורתיות מבוססות פתרון.

מה הם שפעת קריטית?

(הנוזל העל-ביקורתי הוא כל חומר מחומם ומחוספס מעבר לנקודה הקריטית שלו – נקודת הסיום התרמודינמית שבה השלבים הנוזליים והחוספסים הופכים לבלתי ניתנים לניתוק במדינה זו, תצוגות הנוזליות של ביניים בין גז לנוזל: צפיפותו של כל אחד מהם היא נוזל-כמוני, ומאפשרת להתמוסס ביעילות את רמות ה- C2FLXLS, בעוד שעדיין נותרו כמו גז, ומאפשרת מהירות של 2.

ההתנהגות של נוזלים סופר קריטיים היא מאוד טוטלי. התאמות קטנות בטמפרטורה או לחץ יכול לשנות באופן דרמטי את צפיפות, קבוע דיאלקטרי, ופרמטרים solubility. זה טונה נותן לחוקרים שליטה מדויקת על סביבות תגובה, המשפיעה על קינטיקה רדיקלית, שיעורי הפחתת שרשרת שרשרת שרשרת שרשרת פולימרון, למשל, הגדלת הלחץ של scCOFal:02LT1 מ 10 עד 30 גרם לטמפרטורה כל כך מעולה כדי 0L.

היתרונות של שפעת קריטית בפולימריזציה

המאפיינים הייחודיים של נוזלים סופר קריטיים מתרגמים ליתרונות מוחשיים לתהליכי פולימריזציה.יתרונות אלה משתרעים על פני ממדים סביבתיים, קיננטיים וחומריים.

יתרונות סביבתיים ובטיחות

חמצני סופר קריטי פחמן דו חמצני הוא בלתי אפשרי, לא רעיל, ובאופן טבעי בשפע, מה שהופך אותו מועמד ראשוני להחליף פותרים אורגניים תנודתיים (VOCs) אשר תורמים לזיהום אוויר וסיכוןים כיבושיים.שימוש ב- sCOFLT:02reaFLT:1 כמו מדיום פולימריזציה או מפחית פסולת מסלקת, סימולטורים, והימנעות יקרות מצריכת אנרגיה ירוקה יותר, במיוחד, עלולות מזיהומים.

הגדלת העברת המונים ושיעורי תגובה

(ההפניות הנמוכה וההיקף הגבוה של נוזלים סופר קריטיים מאיצים את התחבורה של מונומרים, אינסטינקטים וזרזים להעלאת רשתות פולימרים.זה מועיל במיוחד עבור מערכות פולימריזציה של אבקה מולקווס, שבו מגבלות דיפוזיה בדרך כלל איטיות יותר, היכולת לשמור על מערכת חד-פעמית בתנאי סופר קריטיים מבטלת התנגדות המונית בממשקים גזיים, המאפשרת תגובה 2 קסטינית:2Fericericercercateric:

שליטה על תכונות פולימר

מכיוון שהכוח המפתור של שינויים בנוזלים על-ידי לחץ וטמפרטורה, המפעילים יכולים לכוון את הסביבה התגובה כדי לתמוך ארכיטקטורות פולימרים ספציפיות.לחץ גבוה יכול לדכא תגובות העברת שרשרת, מה שמוביל לפולימרים עם משקולות מולקולריות גבוהות יותר ופיזורים צרים יותר.בנוסף, הסולילות של שרשרת פולימרים הגדלה תלויה במשקל המולקולרי שלה והקומפוזיציה שלה, המאפשרת בשבר של השבה.

« תוצאות של הפרדה של מוצרים

לאחר פולימריזציה, הסרת הנוזל העל-ביקורתי היא פשוטה: צמצום הלחץ מתחת לנקודה הקריטית גורם לנוזל לחזור לגז שניתן להמציא, משאיר מאחור פולימר יבש, נטול פתרון.זה מבטל את השלבים היבשים באנרגיה ומונע זיהום עם סוושן - קריטי עבור יישומים במכשירים ביו-רפואיים, מזון, ואלקטרוניקה שבו הוא רב-תכליתי.

יישום תוספת פולימריזציה

הוספת פולימריזציה - הידוע גם בשם פולימריזציה של שרשרת-צמיחה - מחזקת את תוספתו של יחידות מונומר לשרשרת פעילה. מנגנונים משותפים כוללים חופש-רדיקל, אנקילי, יון ותיאום פולימריזציה.נוזלים סופר קריטיים נחקרו כאמצעי תקשורת לכל ארבעת המסלולים, עם הצלחה מבוססת במיוחד במערכות תיאום חופשיות ותיאום.

פולימריזציה חופשית ב Super Critical CO2

המערכת המוקדמת והמעמיקה ביותר היא פולימריזציה של סטיילרין ו-methyl methacrylate ב- scCOFLT:02cioFLT:1 בתנאים מתואמים (בדרך כלל 60–100 ° C, 20-40 MPa), תגובות אלה ממשיכות עם המרה גבוהה ומייצרות פולימרים עם משקולות מולקולריות.

(הופנה מהדף DeSimone Research Group מאוניברסיטת צפון קרוליינה, אשר הדגים את פולימריזציה של סטיילרן ב-ScophFLT:02cioFLT:1 עם משקל מולקולרי ופיזור צר.המחקרים שלהם הראו כי העברת שרשרת למונומר מופחתת משמעותית ב- scCOFillo:2LT3, לעומת פתורים מבוקרים, לעומת 4.

דיפלומטיה של Olefins

(ב) פוליפרופילן (polyethylene, Polypropylene) מיוצרים בכל העולם בכמויות גדולות באמצעות זרזי קונסולת התיאום (למשל, Ziegler-Nta, Metallocenes) תהליכים מסורתיים להשתמש בכורים או כור גזים עם פליטות פחמן (Derliph) מופחתת: 02FLT 1 מציעה אלטרנטיבה שיכולה לפזר את ה-Dirremoearnbate) ולהפחית את הפעילות המטבולית (DVericerligicer) באופן כללי יותר מפולנית:2Flind) באופן כללי, כלומר:

Cationic ו Anionic Polymerization

(הנזירים העקובים) מאפשרים גם פולימרים איוניים חיים, הדורשים מפלט אולטרה סגול וניתוק קפדני של לחות וחמצן, כי סקוראופל:02FLT:1 יכול להיות מטוהר בקלות ומטופלים תחת לחץ גבוה, עקבות של חומרים לא פחמן ניתן גם להיות מנוהל באופן משמעותי, כמו פולימרופתי של ספקטרום של LT2Flowation הוא לעתים קרובות על ידי חומצה פולינזית (D2Flow) של טיפול ב-Cbutit (ה-Fulit) או מחסנית) הוא רקמותרפיון (החומרים) אשר היה פחות מחוספסה) אשר היה פחות מ-Cligic) או יותר מ-D2Flowercligic) הוא בעל השפעה של חומצה פולימרומטרידנציה:

ניהול ופולימרים פונקציונליים

מעבר לרציחות, נוזלים סופר קריטיים שימשו כדי לסנתז בלוק, גרפט וסטטיסטי copolymers.ההחלפה של איכות מחוסנת עם לחץ מאפשר לחוקרים לבצע תוספות מונומריות קוונטיות בכור יחיד ללא טיהור ביניים (לדוגמה, אחד יכול קודם פולימרטם COFLT:02FLT:1FLT-philicealeale (למשל, לחץ שני) על ידי סגסוגת מבוזרת, אז, אז, כדי להפחית לחץ שני.

אתגרים ומגבלות

למרות ההתקדמות המשמעותית, כמה מכשולים מונעים אימוץ תעשייתי נרחב של פולימריזציה נוזלית על-ידי צבעים.

עלויות ציוד גבוהות ודאגות בטיחות

תפעול מעל הנקודה הביקורתית דורש כלי שיט בלחץ גבוה, דחוסים ומערכות בקרה מדויקות.ההוצאה הון לכורים בקנה מידה מסחרי מדורג מעל 20 MPa גבוה משמעותית מאשר עבור טנקים קונבנציונאליים. Leakage, מדכאים מהירים, וסיכונים תרמיים בורחים דורשים פרוטוקולים בטיחות קפדניים ואימון מפעיל.

כמות מוגבלת של פולימרים רבים ו Catalysts

טהור (0)2FLT (בקיצור:0) הוא מתווך עני יחסית עבור פולימרים בעלי משקל גבוה, במיוחד אלה עם קבוצות קוטביות או ארומטיות.זה מכריח את השימוש בלחץ גבוה (30-50 MPa), ייצובים, או פתורים משותפים (למשל, methanol, toluene) כי ישמידו באופן חלקי את היתרון הסביבתי, בדומה ל- 3.

עיבוד ותהליכים מתמשכים

רוב פולימרים נוזליים סופר קריטי נערכים במינוי מטענים בלחץ גבוה. Scaling לתהליכים רצופים (למשל, כורים ניתוק מתמשך או כורי זרימה מתפרעים) מציג אתגרים בתערובת מאוזנת של COcous monomer-polymer-polymer, ניהול טיפות לחץ, והסרת מוצרים פולימרים ללא תקע.

כיוונים עתידיים

מחקר בעשור האחרון גרף מספר מסלולים מבטיחים להתגבר על המגבלות הנוכחיות ולהרחיב את היכולות של פולימריזציה על-ידי נוזל כבד.

מערכות זרימה וחיזוק תהליכים

גישות הנדסיות מודרניות מתאמתות מיקרו-לוגיים ומכשירים מילימטריים כדי להתמודד עם נוזלים סופר קריטיים בנפח קטן.מערכות אלה מציעות חום מעולה ועברה המונית, סיכונים בטיחות מופחתים, ואת היכולת למסך תנאים תגובה רבים במהירות.שילוב של ניטור מקוון - כגון Raman spectroscopy או high-sur FTIR - מאפשר שליטה בזמן אמת של מונומר ותכונות פולימריאלי.

מעצב Super Critical Solvents ו-Co-solvent Mixtures

במקום להסתמך רק על מערכות טהורות COIRLT:0 [2IRULER LT:1], החוקרים מנסחים מערכות מקודמות על-טבעיות מותאמות על-ידי הוספת כמויות קטנות של פתורים משותפים (למשל, אתנול, אצטון) או ניצול של מערכות בשלב קריטיות, אך שפוי, או דיל מתיל על מנת להשיג יכולת שימוש טובה יותר של פולימרומרי.

CO2 ביקורתי - Solvent and Monomer

(הופנה מהדף COIRFLT:0)2IRULREER LT:1 (הידועה על ידי ⁇ ) כמונומר כדי ליצור פוליקרבונטים ופוליאורתנים (למשל, השיתוף של COFLT:203FLT 3) עם מונו-אפיסטים ממוחזרים באמצעות זרז ממוחזרים ממוחזרים או זרזים מבוססי פחמן (FLT2) ו-Facting) מבטיחים ריכוזים גדולים ב-Facted)

Machine Learning and אוטונומית

האופי הרב-ממדי של חלל תגובה סופר-ביקורתי (לחץ, טמפרטורה, ריכוז זרז, יחסי מונומר, שערי זרימה) הופך את האופטימיזציה המסורתית חד-פעמית-זמנית של חסכונית.אינטליגנציה מלאכותית ואופטימיזציה של Bayesian משמשים יותר ויותר לנווט את המרחב הפרמטר הזה, לחזות תנאים אופטימליים, ואפילו לגלות זרז חדש.לדוגמה, מחקר של 2022 מ-MIT השתמש במודל למידה כדי להמליץ על טמפרטורה ולחץ כי הוא מצמצם את הפרמטרים ניסיוניים, בעוד שהוא מצמצם את הפחתת מאמץ מקסימלי של 1Ferclates: 1.

אימוץ תעשייתי ומקרים מסחריים

בעוד השימוש התעשייתי הנרחב נשאר מוגבל, כמה יישומים נישה הגיעו בקנה מידה מסחרי. MeadWestvaco (כיום WestRock) פיתחה תהליך לייצור חומצה ethylene-carboxylic copolymers ביישומים של scCO:02uaFLT:1 לשימוש כמו ציפוי נייר. במגזר התרופות, פולימריזציה סופר קריטי משמש לייצור פולימרים ביו-מבוגר עבור צינורות תרופות, כאשר נובהFLT2 לא נועד למהירויות קריטיות של החברה המודרנית של טוהר תעשייתית.

מסקנה

(ב) ⁇ (הדגשה) (הופנה מהדף ⁇ ) ⁇ (ה) , ⁇ ) ⁇ (ה) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇