Είσοδος

Μηχανική Παραγωγής Πολυμερικών Υλικών

Γενικά στοιχεία

 

 
Περιγραφή

Σκοπός του μαθήματος είναι η εμβάθυνση στις διεργασίες πολυμερισμού λαμβάνοντας υπόψιν τις επιθυμητές ιδιότητες και την εφαρμογή του τελικού προϊόντος. Έμφαση δίνεται στις διεργασίες παραγωγής των σημαντικότερων βιομηχανικών πολυμερών συμπεριλαμβανομένων βιοδιασπώμενων πολυμερών προερχόμενων από ανανεώσιμες πρώτες ύλες (biodegradable/bio-based polymers). Παράλληλα, παρουσιάζονται εναλλακτικές τεχνολογίες πολυμερισμού φιλικές προς το περιβάλλον και  τεχνολογίες αξιοποίησης/ανακύκλωσης πλαστικών απορριμμάτων.

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, ο/η φοιτητής/τρια θα είναι σε θέση να:

-προσδιορίζει τον μηχανισμό και τη διεργασία πολυμερισμού για ένα δεδομένο μονομερές, λαμβάνοντας υπόψιν τις επιθυμητές ιδιότητες και την εφαρμογή του τελικού προϊόντος

-έχει κατανοήσει τις πιο σημαντικές τεχνικές προσδιορισμού του μοριακού βάρους των πολυμερών και να επεξεργάζεται αντίστοιχα δεδομένα

-έχει κατανοήσει και να εφαρμόζει τις ποσοτικές σχέσεις μεταξύ των συνθηκών πολυμερισμού και των τελικών ιδιοτήτων με έμφαση στο μοριακό βάρος και στη μακρομοριακή αρχιτεκτονική (γραμμικά και μη γραμμικά πολυμερή)

-αναγνωρίζει βασικά σημεία στις διεργασίες παραγωγής των σημαντικότερων βιομηχανικών πολυμερών και να ορίζει τις κρίσιμες παραμέτρους λειτουργίας

-περιγράφει εναλλακτικές διεργασίες πολυμερισμού και παραγωγής βιοδιασπώμενων πολυμερών

-κατανοεί το περιβαλλοντικό ζήτημα κατά τον κύκλο ζωής των πλαστικών υλικών και να προτείνει τεχνολογίες ανακύκλωσης ανά κατηγορία πολυμερικών απορριμμάτων

Διδασκαλία Θεωρίας (Διαλέξεις)

Η διδασκαλία της θεωρίας του μαθήματος περιλαμβάνει 8 διδακτικές εβδομάδες (τρεις ώρες ανά εβδομάδα) και εξελίσσεται κατά προσέγγιση ως ακολούθως:

-Ανασκόπηση βασικών εννοιών. Ταξινόμηση πολυμερών, χαρακτηρισμός και μέσα μοριακά βάρη. Τεχνικές προσδιορισμού μέσων μοριακών βαρών.

-Σταδιακός πολυμερισμός. Κινητική για μη στοιχειομετρική αναλογία δραστικών ομάδων. Μη-γραμμικός σταδιακός πολυμερισμός. Αντιδράσεις και μηχανισμός παραγωγής βιοδιασπώμενων πολυμερών σταδιακού μηχανισμού.

-Αλυσωτός πολυμερισμός. Μηχανισμός ελευθέρων ριζών. Κινητική και φαινόμενο Trommsdorf. 

-Διεργασίες/τεχνικές πολυμερισμού. Συνδυασμός τεχνικών πολυμερισμού για τη βιομηχανική παραγωγή εμπορικών πολυμερών. Αντιδραστήρες πολυμερισμού. Παραδείγματα διεργασιών εμπορικών τυπικών και βιοδιασπώμενων πολυμερών. Τεχνικές επί τόπου πολυμερισμού για παραγωγή προηγμένων υλικών.

-Περιβαλλοντικά φιλικές διεργασίες πολυμερισμού. Πολυμερισμός στερεάς κατάστασης. Ενζυμικός πολυμερισμός.

-Αειφορία και διαχείριση πλαστικών απορριμμάτων. Μηχανισμός αυτοοξείδωσης και φωτοοξείδωσης πολυμερών. Σταθεροποίηση. Τεχνολογίες ανάκτησης και ανακύκλωσης πλαστικών απορριμμάτων. Βιοαποικοδόμηση πολυμερών. Μικροσωματίδια πλαστικών. Βιοδιασπώμενα πολυμερή.

Εργαστήριο

Οι εργαστηριακές ασκήσεις εκπονούνται από ολιγομελείς ομάδες φοιτητών, είναι 2 ώρες κάθε εβδομάδα, και περιλαμβάνουν παράδοση εργασίας και αξιολόγηση από τον υπεύθυνο της κάθε άσκησης. Η συμμετοχή των φοιτητών στις Εργαστηριακές Ασκήσεις είναι υποχρεωτική. Τίτλοι εργαστηριακών ασκήσεων:

1.Σταδιακός πολυμερισμός: Πολυαμιδοποίηση - Παρασκευή μονομερών πολυαμιδίων και πολυμερισμός συμπύκνωσης σε διαχωριστική επιφάνεια.

2.Αλυσωτός πολυμερισμός: Παραγωγή με τεχνική μάζας και χαρακτηρισμός πολυ(μεθακρυλικού μεθυλίου).

3.Πολυμερισμός στερεάς κατάστασης αλάτων πολυαμιδίου σε μικροκλίμακα: Προσδιορισμός συνθηκών αντίδρασης και παρακολούθηση διεργασίας μέσω θερμικής ανάλυσης.  

4.Μεταπολυμερισμός: Σκλήρυνση ακόρεστου πολυεστέρα.

5.Βιοδιασπώμενα πολυμερή: Υδρολυτική αποικοδόμηση και σταθεροποίηση πολυ(γαλακτικού οξέος).    

6.Ανακύκλωση πολυμερών: Μέθοδος επιλεκτικής διάλυσης-επανακαταβύθισης.

7.Ανακύκλωση πολυμερών: Μέθοδος ανάτηξης-ανασταθεροποίησης.

8.Σχεδιασμός προϊόντων μέσω πολυμερισμού: Επί τόπου πολυμερισμός ουρίας-φορμαλδεΰδης για την ανάπτυξη συστημάτων αυτο-ίασης (self-healing materials). 

Αξιολόγηση μαθήματος

Η τελική βαθμολογία προκύπτει τόσο από την τελική γραπτή εξέταση (ΓΕ) όσο και από τις εργαστηριακές ασκήσεις (ΕΑ).

Τελικός βαθμός = (ΓΕ)x0.6 + (ΕΑ)x0.4   

Απαραίτητη προϋπόθεση για τη συνολική επιτυχία στο μάθημα είναι ο βαθμός του γραπτού να είναι τουλάχιστον 5.

Προτεινόμενη Βιβλιογραφία

1. Young R, Lovell P. Introduction to Polymers, 3rd Edition, CRC Press, Taylor and Francis Group, 2011

2. Flory P. Principles of Polymer Chemistry. Ithaca: Cornell University Press, 1975.

3. Korshak V, Frunze T. Synthetic Heterochain Polyamides. Jerusaleum: IPST, 1964.

4. Papaspyrides C, Vouyiouka S. Editors. Solid state polymerization. NJ: John Wiley & Sons, Inc. 2009.  

5. Hiemenz P, Lodge T. Polymer Chemistry, CRC Press. Taylow & Francis Group, 2007.  

6. Αχιλιάς Δ. Η Επιστήμη των Πολυμερών μέσα από λυμένες ασκήσεις. Ελληνικά Ακαδημαϊκά Ηλεκτρονικά Συγγράμματα και Βοηθήματα (Κάλλιπος).  https://repository.kallipos.gr/handle/11419/1359

7. Hiemenz PC, Lodge TP. Χημεία Πολυμερών, Επιστη. Επιμέλεια Σπ. Αναστασιάδης, Πανεπιστ. Εκδ. Κρήτης, 2014.

Διδάσκοντες (Θεωρία-Διαλέξεις)

Σταματίνα Βουγιούκα, Αναπλ. Καθηγήτρια ΕΜΠ

Γραφείο: Α302.δ

Τηλέφωνο: +30 210 7722249 

email: mvuyiuka@central.ntua.gr

website: chemeng.ntua.gr/polymerapps/snv.html

Διδάσκοντες (Εργαστηριακές Ασκήσεις)

Π. Ταραντίλη (Καθηγήτρια), Σ. Βουγιούκα (Αναπλ. Καθηγήτρια), Δρ. Δ. Κορρές (ΕΔΙΠ), Δρ. Σ. Μάη (ΕΔΙΠ), Δρ. Ε. Μπαραμπούτη (ΕΔΙΠ), Δρ. Μ. Κομιώτου (ΕΔΙΠ), Δρ. Υ. Ζαννίκου (ΕΤΕΠ), Δρ. Δ. Κουλλάς (ΕΔΙΠ) 


 
Συγχρηματοδότηση
από την Ε.Ε.