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Projekt
Experimentelle Untersuchungen der Morphologie und der Morphologiebildung schwebender Einzelpartikel als Modellsystem für reaktive und nicht-reaktive Sprühprozesse
Antragsteller
Professor Dr. Hans-Ulrich Moritz
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung von 2009 bis 2015
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 122598328
Die Sprühpolymerisation ist ein vergleichsweise neues Herstellverfahren von Polymerpulvern, bei dem die Polymerisation, Partikelformgebung und -morphologiebildung, sowie die Trocknung in einer einzigen Prozessstufe zusammengefasst sind. Da in diesem Verfahren die Prozessverfolgung nur im begrenzten Maße möglich ist, wird die akustische Levitation, bei welcher Tropfen berührungslos positioniert werden können, als ein Modellsystem für die Sprühpolymerisation verwendet, in dem vergleichbare Reaktions- und Trocknungsbedingungen, insbesondere hinsichtlich der Relativgeschwindigkeit zwischen Tropfen und Gasphase realisiert werden können. In der ersten Förderperiode dieses Schwerpunktprogrammes konnte die Adäquatheit des akustischen Levitators als Modellsystem für Sprühprozesse demonstriert werden. Es wurden sowohl die Morphologiebildung als auch die Trocknungs- und Reaktionskinetik verschiedener Stoffsysteme bei stationären und instationären Betriebsweisen mittels spektroskopischer und chromatographischer Analysemethoden eingehend untersucht. Das Ziel des Folgeantrags ist es, auf den bisher erhaltenen Ergebnissen aufzubauen und in Abhängigkeit verschiedener Betriebsparameter Morphologieausbildungen der Partikel verschiedener reaktiver und nicht reaktiver Stoffsysteme zu beobachten und entsprechende „Phasendiagramme der Morphologie“ zu erstellen. Letztlich soll so die Basis für eine gezielte Steuerung der Morphologie – in Zusammenarbeit mit den Arbeitsgruppen Prof. NIEKEN (Modellierung der Morphologiebildung) und Prof. SIMON (online-Bildanalyse) auch eine Regelung der Partikelmorphologie – gelegt und exemplarisch verifiziert werden. Hierzu muss die Beobachtbarkeit der Partikelmorphologie im zweiten Trocknungsabschnitt durch Kombination von Video-Bildanalyse und optischer Wägung der levitierten Partikel verbessert werden, sodass ein Monitoring beispielsweise der Porosität im zweiten Trocknungsabschnitt erfolgen kann. Unabhängig davon sind Untersuchungen zum zweiten Trocknungsabschnitt geplant. So konnte schon beobachtet werden, dass die Zusammensetzung der Polymerphase einen ganz wesentlichen Einfluss auf die spätere Morphologieausbildung im zweiten Trocknungsabschnitt hat. Folglich soll dieser Einfluss im geplanten Forschungsvorhaben quantifiziert und in Zusammenarbeit mit dem Arbeitskreis Prof. NIEKEN in die Modellierung einbezogen werden. Weiterführend sollen Emulsionspolymerisationen als Beispiel für ein heterogenes Reaktionssystem untersucht werden. In diesen finden sich neben Parametern, wie Temperatur oder Comonomerzusammensetzung weitere Faktoren, wie etwa die Emulgatorkonzentration, die die Reaktions- und Trocknungskinetik sowie die Morphologie beeinflussen. Um Polymerpulver maßgeschneidert herstellen zu können, ist die Kenntnis dieser Effekte erforderlich. Zur Bestätigung der Robustheit des Levitators als Modellsystem sollen die Sprühtrocknungen und -polymerisationen unter vergleichbaren Betriebsparametern am Sprühreaktor durchgeführt werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
