תוספת של פולימריזציה, תהליך השרשרת-הצמיחה שמייצר פולימרים אוביקטיים כגון פוליאתילן, פוליפרופילן, ופוליסטירין, שוכנת בלב תעשיית הפלסטיק המודרנית.היכולת לשלוט בדיוק בתגובה זו - עלייה במשקל מולקולרי, רתום כלי בקרה לא סדירים, וקומפוזיציה משותפת - היא קריטית להתאמה של תכונות חומריות ולהבטיח תהליך בטיחות מסורתי לעתים קרובות עם לחץ מסיבית ו- 0Freative בטוח יותר, על ידי שיפור יעיל יותר, על ידי שיפור יעיל של חומרים, על ידי שיפור יעיל יותר, על ידי הגבלת זמן של חומרים מזינים יעילה יותר, ותפקוד מיקרו-מחדשניים.

מיקרולוגי: פריים על כימיה קטנה

מיקרולוגי הוא כור כימי מיני-אירוי הכולל ערוצים בדרך כלל החל מעשרות עד מאות מיקרומטר בקוטר.המכשירים האלה מנצלים את היחס הגבוה של פני השטח-לשטח כדי להשיג חום מהיר ועברה המונית, הרבה מעבר ליכולות של כורים כימיים קונבנציונאליים מופעלים על ידי פולימיזציה, זה אומר כי הטמפרטורה על פני תערובת נשאר למעשה אחיד, חיסול נקודות חמות שיכול להוביל לתגובות מיקרו-אופטיות מדויקות כגון מתכת או מתכת, או חומרים ממתכת.

משטר הזרימה במיקרולוגיים הוא בדרך כלל laminar, עם ערבוב מונע על ידי דיפוזיה ולא eddies טורחים.כדי להאיץ ערבוב בחללים המוגבלים האלה, מהנדסים לעתים קרובות לשלב אלמנטים סטטיים או תאים מיוחדים כגון פיצול-and-recombine (SAR) סביבה מבוקרת זו מאפשרת מניפולציה מדויקת של תגובה קינטית, אשר הוא בעל ערך במיוחד עבור סטיות קצרות, כגון ניגודים מעורבים, אשר נמצאים בתוך כמה שניות ספורות של ניגודים רחב יותר, אשר נמצאים תחת ניגודים רחב יותר, אשר מאפשר ניגודים רחב יותר, אשר נמצאים בתוך מבנים אנדרוגניים.

היבט מרכזי נוסף של עיצוב מיקרו-לוגי הוא היכולת לשלב שלבים מרובים בתהליך פעולה רצוף יחיד.לדוגמה, מערכת מיקרו-לוגית יכולה לכלול אזורים נפרדים לשילוב, תגובה, ריצוף, ואוסף מוצר, הכל מחובר בדרך זרימה חלקה.מודולריות זו מאפשרת לחוקרים ללמוד כל אחד משלבים באופן עצמאי תוך שמירה על תהליך ההמשכיות הכולל.

היתרונות של מיקרולוגיים בתוספת פולימריזציה

בקרת תגובה מוגברת

אחת היתרונות המשמעותיים ביותר של מיקרורקטורים היא היכולת לשמור על תנאי תגובה אחידים.האפקטים של העברת חום גבוהה - לעתים קרובות סדר גודל גדול יותר מאשר אלה כור אצווה - מותר להסרת יעיל של חום מפני היפרגליזציה קיצונית של חיל האוויר המלכותי (התמריצים המבוססים על דלקות), אשר יכולים לגרום לפירוק מוקדם, או ג'לציה, יתר על כן, מרחקי הפירוק הקצרים מאפשרים שילוב מהיר של מונופולים, כגון זרזים מבוקרים), וטכניקות של גירויים (prepericrepericreperic) אשר דורשות), וטכניקות של גירויים).

היכולת לשלוט בדיוק זמן המגורים היא יתרון קריטי נוסף.במיקרורקטורים, זמן המגורים מוגדר פשוט על ידי אורך הערוץ וקצב זרימה, המאפשר כימאים פולימרים לכוון משקולות מולקולריות ספציפיות על ידי התאמת הפרמטרים האלה.זה שימושי במיוחד עבור פולימרים חיים, שבו צמיחת שרשרת מתקדמת ללא סיום עד המונותמר הוא נצרך במהירות.

שיפור בטיחות

בטיחות היא דאגה עיקרית בפולימרומיזציה תעשייתית, במיוחד עבור תהליכים מעורבים מונומרים בלחץ גבוה או תגובות אקספרסימיות גבוהות מאוד.מיקרורקטורים פועלים עם כרכים פנימיים קטנים מאוד - לעתים קרובות מיקרוליטים למילימטרים - אשר מפחית באופן דרמטי את הסיכון הפוטנציאלי במקרה של תגובה מיקרו-מסלולית או דליפה.זה מכיל גם אפשרי לעבוד עם מונומנטים רעילים או חומריים, כגון סגסוגת מסוכנת, כי הוא מונע לחץ על ידי לחץ דם, כי הוא לחץ דם נמוך, כי הוא לחץ דם, כי הוא לחץ דם, כי הוא חזק, כי הוא לחץ חזק, כי הוא לחץ חזק, כי הוא לחץ חזק, כי הוא לחץ חזק, כי הוא מחוסן, כי הוא מעודד לחץ על ידי לחץ חזק מדי, כי הוא לחץ חזק, כי הוא לחץ חזק, כי הוא לחץ חזק, כי הוא לחץ דם מסוכן, כי הוא לחץ חזק, כי הוא לחץ דם מסוכן, כי הוא לחץ דם מסוכן, כי הוא לחץ על ידי לחץ חזק, כי הוא לחץ דם מסוכן, כי הוא לחץ על ידי לחץ חזק מדי, כי הוא לחץ דם מסוכן, כי הוא לחץ על ידי לחץ חזק, כי הוא לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ דם מסוכן, כי הוא לחץ

יתר על כן, האופי המתמשך של ניתוח מיקרו-לוגי מפחית באופן חד-משמעי את המלאי של כימיקלים תגובתיים בתהליך בכל עת נתון.בכורים אצווה, כמויות גדולות של מונומר ו initiator בדרך כלל מואשם לפני התגובה מתחילה, יצירת מסה ניכרת של חומר תגובתי שיכול לעבור ניתוק בלתי מבוקר אם קירור נכשל.

איכות המוצר גבוהה יותר

התנאים המדים בתוך מיקרולוגי מובילים לפולימרים עם תכונות עקביות מאוד. Dispersity ( ⁇ ) ניתן למזער כי כל השרשראות פולימר לחוות את יחס מונומר-ל-ל-initiator ואת ההיסטוריה טמפרטורה. in copolymerization, היכולת לשלוט במדויק על משטח וזמני מגורים מאפשר ייצור של ⁇ או לחסום copolymers עם רצפים מוגדרים.

מעבר לשליטה במשקל מולקולרית, המיקרורקטורים גם לשפר את טוהר המוצר על ידי צמצום תגובות צד.זמני מגורים קצרים ופרופילי טמפרטורה אחידים להפחית את שכיחות של ניתוק או ענף לא רצוי, אשר יכול לדרג את איכות פולימרים.לדוגמה, בייצור של פוליאוליפינים קצרים באמצעות תיאום פולימרטיזציה סגורה, מפרטים מיקרולוגיים יכולים לשמש כדי לשמור על ריכוז קבוע ותזונה מונומרנית, המוביל פולימרים עם פשטות גבוהה יותר וטמפרטורה של סגסוגת לא מקוונת כגון סגסוגת יעילה יותר, כגון ניתוח צ'לטרה-מפטומטיקה.

סקלאלה וגמישות

בניגוד כורים אצווה, אשר בקנה מידה גדול על ידי הגדלת נפח - לעתים קרובות לשנות את הדינמיקה התגובה עקב שינויים שילוב והעברה חום - מיקרופרקטורים הם בקנה מידה על ידי מספר למעלה, כלומר, הפעלת יחידות כור זהה רבות במקביל. גישה זו מבטיחה כי תנאי התגובה אופטימיזציה של מחזורי מעבדה משוכפלים בדיוק בקנה מידה תעשייתי.

הגמישות של מערכות מיקרו-רקטור מרחיבה את מגוון סוגי פולימרים שניתן לייצר.על ידי פשוט שינוי תנאי ההזנת המונומר ותגובה, פלטפורמה מיקרו-לוגית אחת ניתן להשתמש כדי לסנתז פוליקללים, פוליסטריקה, פוליאולימפינים, או פוליסטרים ללא שינויים משמעותיים.זה הוא ערך עבור יצרני חוזים ומתקני מחקר כי חייב לטפל בדגמים מגוונים, יתר על ידי זרימת הסטארט-אפ, כדי להפחית את ה-אפ ה-אפ המשתנים הדרושים כדי להפחית את המשתנים באופן קבוע, כדי להפחית את המשתנים הדרושים כדי להפחית את המשתנים.

השפעה על ייצור פולימר תעשייתי

אימוץ של טכנולוגיית מיקרו-לוגיה נע ממחקר אקדמי ליישומים מסחריים.כמה חברות כבר משתמשות מיקרו-לוגיים לייצור של כימיקלים ופולימרים מיוחדים.לדוגמה, הייצור המתמשך של פוליאורתנים באמצעות מיקרו-לוגיים כבר הוכח במפעלי הטייס, מראה שיפור עקביות המוצר וצמצום חומרי הבזבוז האורגניים. במגזר התרופות, המיקרולוגיים משמשים לאספקת תרופות מבוססת פולימרומריאים עם רמות מדויקות של תרופות, אשר משמשות מורכבות באופן ישיר, במיוחד להורדת יעילות ביולוגית.

יתר על כן, שילוב של מיקרו-לוגיים עם מערכות בקרת תהליכים דיגיטליות מאפשר רמה של אוטומציה והתאמה מחדש שקשה להשיג בעיבוד אצווה.זה תואם את המגמה הרחבה של התעשייה לתעשיית 4.0, שבו נתונים בזמן אמת ולמידה מכונה משמשים כדי לייעל את הייצור.לדוגמה, על ידי ניטור החום המשוחרר במהלך פולימרטיזציה עקבית והתאמה של שערי זרימה בהתאם, התהליך יכול להיות מתוחזק בקצב אופטימלי של אופטימיזציה של תהליכי ייצור אופטימיים (למשל, כמו אופטימיזציה) עם רמות ייצור קבוע של פעילות גופנית באופן אוטומטי.

יישום מתפתח נוסף הוא בייצור של חלקיקים פולימרים וטקסים באמצעות פולימרולציה גולגולתית.מיקרולוגיים לספק שליטה מדויקת על גודל הטיפה והפצה, המוביל חלקיקים אחידים יותר עם פיזור גודל צר.זה חשוב במיוחד לייצור של צבעים, דיובים, ציפויים, שבו גודל חלקיקים משפיע ישירות על היווצרות סרט ותכונות אופטיות.

אתגרים במיקרולוגיה

למרות היתרונות האלה, מיקרורקטורים אינם ללא אתגרים.אחד ההורידים העיקריים הוא clogging: כמו פולימרים טופס, הם יכולים להפקיד על קירות הערוץ, המוביל לחסום וזרימה בלתי עקבית.זה בעייתי במיוחד עבור פולימרים עתירי פולימרים גבוהים או תגובות המייצרות חומרים לא פתורים.

אתגר נוסף הוא העלות הראשונית של ייצור מיקרו-רקטור, במיוחד כאשר משתמשים בחומרים כמו סיליקון או זכוכית מיוחדת הדורשים ייצור מבוסס פוטוליטיתוגרפיה.תשתית הציוד - משאבות חישוביות, בקרים בלחץ וחיישנים - גם מוסיף עלות הכוללת.עבור סוחרי מזון גדולים המיוצרים במיליוני טון בשנה, העלות הון ליחידת ייצור עדיין נמוכה יותר עבור שילוב מסורתי או חצי אינץ ', כדי להבטיח את רמות נמוכות יותר של חומרים כימיים של חומרים אלה.

בנוסף, זמני המגורים הקצרים במיקרולוגיים עשויים להגביל את המרה של תגובות פולימריזציה איטיות, הדורשות ערוצים ארוכים יותר או אסטרטגיות הלולאה להשגת תשואה מקובלת.עבור פולימרים עם משקולות מולקולריות גבוהות, את ההנעה יכול להגדיל באופן משמעותי לאורך הערוץ, מה שגורם ללחץ ירידה בעיות וצמצום באמצעות חישובים מתקדמים, השימוש בזיהומים ב- 0S) יכול להפחית את ההשפעות של זרז, אך זה מוסיף צעד הפרדה יעיל יותר בימים אלה.

תחזיות עתידיות ומגמות מתפתחות

עתיד המיקרורקטורים בנוסף לפולימריזציה מבטיח, עם כמה מגמות מתעוררות שנועדו להתגבר על המגבלות הנוכחיות.כיוון אחד הוא התפתחות של פלטפורמות מיקרו-סבירריות מיקרו-אירויות של 1 (FLT:0modular microreactors) המשלבות מספר שלבים תגובה, הפרדה וניתוח מקוון במערכת בקרה קומפקטית אחת.

ההתקדמות במדעי החומרים סביר גם לשחק תפקיד. ציפויים חדשים המתנגדים לפולימרים פולימרים או כי יכול להיות מנקה עצמית מפותחים כדי להפחית את clogging. הדפסה תלת-ממדית של microreactors מציעה את הפוטנציאל עבור prototyping מהיר והתאמה אישית בעלות נמוכה יותר, ומאפשרים לחוקרים ל-Creamicicic photometries במהירות, שילוב של microreactors עם LTexics: ספקטרום חשמלי מופחתת, לדוגמה, שימוש בטכניקות אלקטרו-Freactors.

לבסוף, הדגש הגדל על קיימות הוא עניין במיקרוקטורים לכימיה ירוקה.יעילות האנרגיה המשופרת והפחתה של פסולת מתהליכים עיבוד מתמשך תואמים את עקרונות ההנדסה הירוקה, בנוסף, מיקרוקטורים יכולים להקל על השימוש במונומרים מתחדשים, כגון פרוותנים או דחפורים, על ידי מתן תנאים מבוקרים הדרושים לפולימרומיזציה שלהם, אשר לעתים קרובות דורשים טמפרטורות נמוכות או ספציפיות זרז:0 בביקוש לתהליכי החממה (כגון תהליכי חילוף חומרים צמחיים) ולהפחית את תהליכי חילוף חומרים צמחיים אורגניים (F) ולהפחית את פליטות אורגניים).

מסקנה

מיקרופרקטורים מייצגים התקדמות משמעותית בתחום הפולימריזציה, המציעים שליטה משופרת, בטיחות ואיכות המוצר. בעוד אתגרים נשארים במונחים של יכולת ועלויות, מחקר מתמשך והתפתחויות טכנולוגיות מטפלות בהתמדה בנושאים אלה.היכולת לנהל בדיוק את העברת החום, ערבוב, וזמן מגורים במיקרו-תחומי מיקרו-תחומי מאפשר ייצור של פולימרים עם תכונות שאינן ניתנות להשגה במערכות אצילות מתקדמות.