Addition Polimerizasyonda Yeşil Kimyaya Giriş

Küresel plastik pazarı büyümeye devam ediyor, ek polimerizasyon polivinil klorüre sayısız malzeme üretmesine yol açtı. Ancak geleneksel polimerizasyon süreçlerinin çevresel ve sağlık maliyetleri önemli kalıyor. Volatile organik bileşikler, toksik initivistler, yüksek enerji talepleri ve tehlikeli ürünler yeşil yöntemlere doğru bir geçiş yaptı. Yeşil kimya, ekosistem bütünlüğü veya işçi güvenliği olmadan gerekli olan 12 temel ilkeler tarafından tanımlanıyor.

Polimerizasyon ek olarak, monomers, küçük molekülleri ürün tarafından üretmeksizin bir zincir reaksiyonunda bir araya gelir ve doğal olarak atomik olarak atomik olarak ortaya çıkar. Bununla birlikte, geleneksel rotalar genellikle peroksitlerden veya toksisitelerden elde edilen beton kaynaklı bileşiklere güvenir.Finans, xylene ve klorize edilmiş hidrokarbonlar, tehlikeli atık ve emisyonlar yaratır.

12 Yeşil Kimya Prensipleri Genel Bakış

Paul Anastas ve John Warner tarafından 1998 yılında formüle edilen yeşil kimya rehber kimyagerlerinin tehlike ve atıkları en aza indirmek için 12 ilkeleri. Bununla birlikte, özellikle de polimerizasyona ek olarak sahip olmak üzere 12.

  • [FONT:0)Waste Önleme (Principle 1): [Dönetici: 1), atıkları formasyondan sonra tedavi etmekten kaçınmayı engelleyen tasarım süreçleri.
  • [FONT=0)Atom Ekonomisi (Principle 2): [Dönetici: 1) In Corpory tüm son ürüne başlangıç malzemeleri burada zaten iyi puanlar getiriyor, ancak başlangıçlı parçalar ve çözücü kayıpları onu zayıflatabilir.
  • [FONT:0)Less Hazardous Chemical Synthes (Principle 3): Kullanımı ve az veya toksik olmayan maddeler üretir.
  • [FONT:0)Safer Branson ve Auxiliaries (Principle 5): ), Eliminate uçucu organik bileşikleri; su, süper kritik CO2 veya neat monomer reaksiyonları kullanın.
  • [FONT:0)Enerji Verimliliği (Principle 6):) Çevre sıcaklığında tepkiler ve basınçta mümkün olduğunda.
  • [FONT=0) Yenilenebilir Beslenme Odalarını Kullanın (Principle 7): [Döneticileri fosil bazlılardan biyo-yaralara geçiş.
  • [FONT=0)Reduce Derivatives (Principle 8:[DDÜT:1) Mini Koruma/koruşma adımları; doğrudan polimerizasyon ideal.
  • [FONT:0)Kataliz (Principle 9):) Employalytic, stoichiometrik reaktiflerden ziyade - enzim ve organocatalytic polimerizasyonlarla giderek daha alakalı.
  • [FONT:0) Degradasyon için Tasarım (Principle 10): [Dönetici: 1) Kullanıldıktan sonra iyi huylu ürünlere kıran polimerler üretin.

Bu ilkelerin her biri ek polimerizasyon geliştirmek için beton bir hedef sunar. Uygulamada, birden çok prensip aynı anda ele alınır - örneğin, oda sıcaklığındaki fotoinitiated süreç, termosiji, enerji kullanımı ve atık azaltır.

Geleneksel Ekleition Polimerizasyonda Meydanlar

Sağlık ve Güvenlik Tehlikeleri

Benzoyl peroksit ve azobisisobutyronitrile (AIBN) gibi indüktörler, genellikle su ve tozlu kekleri azaltmak için depolanır ve ele alınırlar, ancak kazara klorür hala endüstriyel ortamlarda meydana gelir.Son polimerdeki birçok toksik veya karsinojenik.

Çevresel Etkileri

Birçok polimerizasyonda atıkların çoğunluğu için organik çözücüler hesabı. Hava kirliliğine katkıda bulunurlar, yıllık olarak binlerce tonluk bir miktara kadar enerji yoğun bir kesintiye uğramaları gerekir. klorunlanmış çözücüler ayrıca ozon kesinti ve yeraltı kirliliği konusunda endişeler de yükseltirler.

Enerji Tüketimi

Birçok ek polimerizasyonlar yüksek sıcaklıklar gerektirir (60-150°C) endüstriyel indüktörler ve birkaç saat boyunca bu sıcaklıkları korumak, özellikle büyük ölçekli toplu reaktörlerde. Ürün ve ekstra ısıtmak, daha fazla enerji talep eder.

Atık ve Byproducts

Ek polimerizasyon teorik olarak küçük-molecule'nin ürünlerinden kaçınırken, zincir transfer, sonlandırma ve dimerizasyon gibi yan reaksiyonları daha hassas, atık bazlı tasarımları için gerekli olan bu sorunlarla ilgilidir.Initiator parçaları, nonreacted monomers, ve çözücüler ayrılık ve tasarruf gerektirir.In emulsion polimerizasyonlar, sörfçüler ve koagulantss daha hassas, atık akışlarına eklenir.

Yeşil Kimya Prensipleri Ekletme Polimerizasyon

Safer Initiators ve Catalytic Systems

Tehlikeli radikal initivistlerden daha güvenli alternatiflere geçiş, Prensip 3 Seçeneklerin asal bir uygulamasıdır:

  • [0]Yüksek aktivasyon enerjileriyle yüksek aktivasyon risklerini azaltan oksit karbonatlarında (Düzgömürücü) gerçekleştirilir.
  • [FONT:0)Organoborane-alkylfenol kompleksleri[Dönüşük sıcaklığı başlatan, enerji kullanımını kesmek.
  • [FONT:0)Dönemli ek-fragmentasyon zinciri transfer (RAFT) ajanlar[Dönetici miktarlarda kullanılır ve genellikle daha düşük toksisiteye sahiptir.
  • [FONT:0)Enzymatik katalizörler [Dönetici peroxidase gibi, suyun yakınında bulunan ve biyodegrad edilebilir olduğu gibi, mantarlardan olic monomerler sert kimyasallar olmadan felci monomerler.
  • [FONT:0)Fotoğraflar, görünür ışık tarafından aktive edilen fotointiatörler (örneğin, camforquinone, Eosin Y) ), termal başlangıç ihtiyacını ortadan kaldırır ve uzaysal / düzgünleştirici kontrol sağlar.

Bu daha güvenli initiatörler sadece tehlikeyi azaltmaz, ancak sık sık sık sık hafif koşullar sağlar, aynı anda birden fazla yeşil ilke ile uyumlu hale getirir.

Not: Su, Superkktik CO2 ve Neat Systems

Tehlikeli organik çözücüler, iyi huylu medya ile ilişkilendirmek, ancak yine de en belirgin seçenektir: toksik olmayan emülsion ve süspansiyon polimerizasyonlar zaten olgun teknolojilerdir, ancak yine de sörfçüler ve stabilizatörler ve sörfçüler gerektirir.

[FONT:0] Superkkktik karbon dioksit (scCO2)) Başka bir yeşil çözücü, toksik olmayan, depresif olmayan, baskısız ve kolayca silinen, geri dönüşümlü bir çözücüyü bırakarak, özellikle de acrylates ve styrenics içeren birçok polimerizasyonları içeren, poli(ditiloxane) gibi stabilizatörler kullanarak başarıyla gerçekleştirilir.

[FONT:0]Neat (solvent-free) polimerizasyonlar[Dönetici:0) Katı yeşil çözücü seçimi temsil eder: hiç bir çözücüyü en yüksek maliyet ve çevresel faydaları zaten uyguluyorlar.

Enerji Verimliliği ve Orta Çağ Yöntemleri

Enerji tüketimini azaltmak (Principle 6) birkaç strateji aracılığıyla uygulanabilir:

  • [FONT=0]Fotoğrafınlanmış polimerizasyon[[Dönemli ışık lambalar veya LEDler kullanılarak: Fotoğraflar, enerjiyi başlatmak için sağlar, bu yüzden dış ısıtma genellikle gereksizdir. Birçok fotoinitatör, 400 nm'nin üzerindeki boyun eğlendiricileri ortadan kaldırır, UV'ye ihtiyacı ortadan kaldırır (bu özel ışık ve kalkan gerektirir).
  • [FONT:0)Enzyme-catalyzed polimerizasyonlar[Döntilmişler[Döntilmişler: 1) 20-50°C ve atmosferik baskıya en uygun şekilde devam etmektedir. Örneğin, atradish peroxidase-catalyzed polimerizasyon güçlü asitler veya oksiterler olmadan.
  • [FONT:0)Mikrodalga destekli polimerizasyon[DÜT:1), verimli hacim ısıtma ile saatlerce reaksiyon süresini azaltabilir, ancak ölçeklenebilirliği soruşturma altında kalır.
  • [FONT:0]Living/ kontrollü radikal teknikler (ATRP, RAFT, NMP) ), genellikle orta sıcaklıklarda (40-80°C) çalışır ve tekrarlanan polimerizasyon veya post-reksiyon ayrımları için gerekli olan temel kontrole izin verir.

Enerji yoğunluğundaki artışlar, küresel olarak üretilen polimerlerin tonajına verilen büyük bir etkiye sahiptir. Endüstrideki süreç enerjisinde %10 azaltım, yılda on milyonlarca var olan petrol eşdeğerini kurtaracaktır.

Atık Minimizasyon ve Atom Ekonomisi

Ek polimerizasyon zaten atomik-ekonomik teoride olsa da, gerçek süreçler indüktörler, zincir transfer ajanları ve terminatörler aracılığıyla atıkları tanıtmaktadır.

  • [FONT:0]Kataliz zinciri transfer polimerizasyon[[DÜT:1) moleküler ağırlık kontrol etmek için küçük miktarda kobalt kompleksleri kullanır, thiol- bazlı zincir transfer ajanlarının değiştirilmesi, foulsmelling, toksik byproducts.
  • [FONT:0) Kombining monomer sentez ve polimerizasyon) Bir tencerede orta izolasyon adımları azaltır.
  • [FONT:0) Betonsuzlaştırma için polimerleri tasarlamak) örneğin, poli(til methacrylate) 300 °C'ye kadar monomeralize edilebilir; tasarlanmış son gruplar kullanarak bu sıcaklık 200 °C'ye kadar daha düşük, ticari geri dönüşüm sağlayabilir.

Ayrıca, süreç ilkeleri intensification – sürekli akış reaktörleri gibi – karıştırma ve ısı transferini geliştirir, termostr kullanımı azaltır ve yeşil süreçlerin ölçeklendirmesini sağlarken ürün formunu azaltır.

Yenilikçi Yeşil Polimerizasyon Teknikleri

VisibleLight Photoinitiation

Fotosintiators görünür bölgede ([Dönetici:0) .g., Eosin Y, Irgacure 784, camforquinone) görünürde polimerizasyon pratik yaptı.[/D][D][D D D D D D D D D D D D D baskı ve mikro-pattered malzemelerde kapsamlı bir inceleme [D projektöreksiyonlar, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte UV ışıkların tehlikelerini ortadan kaldırmak için nasıl çalışır.

Enzymatik Polimerizasyon

Enzymes, hafif, akous koşullar altında mükemmel bir seçim sunar.ETHI:0)Horseradish peroxidase (HRP) ve laccase), polimerize ols, aromatik amineler ve hatta acrylates. Örneğin, hidrojen peroksit varlığının varlığında HRP, biyoçeşitliliklerin ve enzimlerin bozulmasına karşı ayak uydurması için biyoçeşitlilik ve genetik olarak gider.

Super critical CO2'de Polimerizasyon

Superkktik karbon dioksit, gaz benzeri diyotiviteyi sıvı benzeri yoğunlukla birleştirir, birçok monomer için mükemmel bir çözücü yapar.Ücretsiz:0) Malzemeler) Maddeler[DCO2’nin, boş-radical ve kontrollü polimerizasyonlar için nasıl etkinleştirildiğini açıklar. Çünkü CO2 toksik değildir ve geri dönüştürülmüş polimerlerin bu yöntemi biyomedikal ve elektronik uygulamalar için özel polimerlerin üretilmesi için özellikle caziptir.

MikrodalgaAssisted Polimerizasyon

Mikrodalga dielektrik ısıtma, 10-100 faktörleriyle ek polimerizasyonları hızlandırabilir ve moleküler ağırlık dağıtımlarını korurken, hızlı, hacim ısıtma yan reaksiyonları ve enerji tüketiminden dolayı azalır. ”Macromolecular Hızlı İletişim) Bu konuya ulaşmak için çok sayıda çalışma göstermiştir.

Yeşil Eklesyon Polimerizasyonunun Faydaları

Geliştirilmiş İşer ve Toplum Güvenliği

Yeşil polimerizasyon bitkilerindeki işçiler daha az kişisel koruyucu ekipmana ve daha az maruz kalma tesislerine ihtiyaç duyuyorlar ve uçucu çözücüler yangınların risklerini büyük ölçüde azaltırlar ve yeşil polimerizasyon bitkilerindeki işçiler daha az kişisel koruyucu ekipmana ve daha az maruz kalma izleme sistemlerine ihtiyaç duyar.

Çevre Koruma Koruma Çevre Koruma

Yeşil süreçler daha az tehlikeli atıklar üretir, daha az enerji harcar ve yenilenebilir yemlemelere güvenir. Örneğin, uctose-derived 2,5-furandicarboxylic asit (FDCA) konvansiyonel rotalara kıyasla% 30-50-50 oranındaki bir polimerin karbon ayak izi azaltabilir.

Yaşam döngüsünden Maliyet Tasarrufları

Yeni ekipman için başlangıç sermayesi (örneğin, foto-reactors, scCO2 sistemleri) yüksek olmasına rağmen, operasyonel tasarruflar genellikle hızlı bir geri ödeme sağlar.Yukarıdaki ham malzeme maliyetleri azaltılır, düşük enerji faturaları ve tehlikeli atıkların ortadan kaldırılması, örneğin, bir termoktik-enerjiden gelen bir üretim maliyetinin %80 ve enerji tasarrufu sağlar. AurdaFLT:0US EPA Green Chemistry Programı)

Düzenleme ve Pazar Erişimi

Avrupa'da TSCA (ABD'de TSCA ve Çin'in yeni kimyasal yönetimi) daha az uyum engelleriyle üretilen polimerler genellikle eko-labels için uygun hale gelir ve çevresel bilinçli tüketiciler ve çok uluslu satın alma teknolojilerinden tercihleri elde edilebilir.

Meydanlar ve Gelecek Yollar

Scalability and Economic Barriers

Birçok umut verici yeşil teknik laboratuvarda veya pilot ölçekde kalır. Fotoinitiators küçük cuvette fotoğraflanabilirler ancak kötü ışık penetrasyonu olan büyük reaktörlerde hızla yükselebilir. Enzymatik katalizörler pahalı olabilir ve bu engellerin üstesinden gelmek kimyacılar, mühendisler ve materyal bilim adamları arasında disiplinler arası işbirliği gerektirecektir.

Performans Ticareti

Bazı yeşil polimerler geleneksel olanlara kıyasla daha düşük mekanik veya termal özellikler sergiliyor. Örneğin, biyo bazlı polyesterler genellikle daha düşük cam geçiş sıcaklıkları veya bozulma direncine sahiptir. Araştırmacılar bunu kopolimerizasyon ve nanocomposite desteği ile ele alıyor.

Tüm 12 Prensipleri

Gerçek yeşil polimerizasyon tüm yaşam döngüsünü dikkate almalıdır - monomer tarafından yönetilebilir segmentler ile tıkanma işlemi yapılır. Her iki işlevsel ve degrad edilebilir olan polimerler birçok uygulamada bir paradoksa odaklanacaktır (örneğin, kalıcı su şişeleri vs. tek kullanımlık plastikleri). Gelişmiş kontrollü polimerizasyonlar, hem performans hem de olaysal kesintiye yol açabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yeşil kimya ilkeleri, ek polimerizasyon süreçlerinin daha güvenli, daha temiz ve daha sürdürülebilir olmasını yeniden tasarlamak için güçlü bir çerçeve sunar.In substituting tehlikeli initiators with benign alternatifler, su veya süperktik CO2 as çözücüler, ortam sıcaklıklarında işletmek ve minimzasyon prosesleri, polimer endüstrisi dramatik bir şekilde çevresel ve sağlık ayak izi azaltılabilir.