Polymerisationstechnik kompakt: Von den chemischen Grundlagen zur verfahrenstechnischen Umsetzung

Der Kurs gibt einen praxisbezogenen Einblick in die Herstellung von Polymeren entlang industrieüblicher Verfahren. Die Beschreibung der Polymerbildung als irreversibler Kettenwachstums- oder reversibler Stufenwachstumsprozess wird erweitert um die Betrachtung der Durchführung in Rühr- und Rohrreaktoren, sowohl in Masse als auch in Lösung oder Dispersion. Simulationen werden durchgeführt, um ein praktisches Verständnis für die Abhängigkeit von Reaktor, Prozess und Polymerisationschemie für die Produktbildung bzw. die Produkteigenschaften zu erarbeiten.

Die Bildung von Polymeren in kommerziellen Reaktoren wird aus chemischer und verfahrenstechnischer Sicht erklärt und vorhersagbar gemacht. Dieser Ansatz berücksichtigt, dass Polymere sowohl stark von der ablaufenden Chemie als auch von der Reaktionsführung im Verfahren beeinflusst werden. Der Kurs behandelt die radikalischen und ionischen Kettenwachstumspolymerisationen und die Stufenwachstumspolymerisationen als Gleichgewichtsreaktionen. Über eine kinetische Herleitung wird eine Verbindung zwischen Polymerisationsweg und entstehender Molekulargewichtsverteilung erarbeitet. Dabei wird auf Nebenreaktionen und die Folgen von Temperatur- bzw. Viskositätsanstieg auf den Umsatz und die Produktqualität eingegangen. Es wird gezeigt, wie thermodynamisch-physikalische Grenzen einen Molmassenaufbau im Reaktor begrenzen.

Weiterhin werden Copolymerisationen im Hinblick auf die Bestimmung der Copolymerisationsparameter sowie die Prozessführung betrachtet. Sowohl Bilanzierung, Dimensionierung als auch Wärmeabfuhr von Polymerisationsreaktoren werden betrachtet. Der Einfluss von nichtidealem Strömungsverhalten auf die Produktverteilungen wie auch Fragestellungen zur Maßstabsübertragung werden im Kurs behandelt. Schließlich werden wichtige Polymerisationsverfahren wie Lösungs-, Emulsions-, Kondensations- und Mehrphasenverfahren vorgestellt. Zur quantitativen Beschreibung und Optimierung von Polymerisationsverfahren werden Modellierungsansätze und entsprechende Simulationssoftware vorgestellt. Weiterhin werden Ansätze zum stofflichen Recycling von Polymeren betrachtet und verglichen.