Siloksaanipolymeerin valmistus ja valmistuksen skaalaus

Abstract

Insinöörityö toteutettiin kemianalan yrityksen toimeksiantona. Tavoitteena oli saada skaalattua erään siloksaanipolymeerin tuotantoa suuremmaksi, sillä asiakastilauksien määrä on kasvanut. Skaalaus tapahtui käyttämällä tilavuudeltaan suurempaa reaktoria polymeerin valmistuksessa. Insinöörityön pohjalta tehtiin myös polymeerikohtainen 8 sivun mittainen tuotanto-ohje, jonka avulla jokainen yrityksen työntekijä pystyy valmistamaan kyseistä polymeeriä.

Työ koostui teoriaosuudesta ja käytännön osuudesta yrityksen laboratoriossa.

Insinöörityössä perehdyttiin ensin polymeroinnin reaktiomekanismeihin, jonka jälkeen käytiin läpi hieman siloksaanipolymeerien ominaisuuksia ja käyttäytymistä. Tämän jälkeen käsiteltiin varsinaisia polymeerisynteesiä varten tarvittavia esivalmisteluja, kuten silaanin tislausta ja emäskatalyytin valmistusta.

Työn suurin osuus oli polymeerisynteesin eri vaiheet kahden litran reaktorilla ja 15-litran reaktorilla. Kaikki eri synteesin vaiheet, reaktio, metanolin poisto, polymeerin pesu ja lopullinen liuottimien poisto haihduttamalla, on käyty läpi yksityiskohtaisesti. Ensimmäinen suuremmalla reaktorilla valmistettu polymeerierä oli viskositeettiarvoltaan liian alhainen, joten seuraavassa erässä reaktioaikaa pidennettiin, metanolia poistettiin enemmän reaktion jälkeisessä haihdutuksessa ja viimeisen vaiheen haihdutusta jatkettiin pidempään. Näillä muutoksilla päästiin tavoitearvoihin analyysituloksissa.

Kaikista polymeerieristä tehtiin ns. jatkoformulointi, eli asiakkaan sovellukseen soveltuva tuote. Näistä tuotteista tehtiin myös asiakkaan vaatimat analyysit. Kaikki tärkeimmät analyysit on työssä käyty läpi lyhyesti, sillä tarkoituksena ei ollut selvittää analyysien toimivuutta.

Insinöörityössä päästiin tavoitteisiin ja jatkossa saadaan säästettyä merkittävästi aikaa työssä tehdyn polymeerin valmistuksessa.

This thesis was commissioned by a chemical company. Customer order amounts have been increasing thus the goal was to achieve scale-up with polymer production volumes by using a larger reactor by volume. There was also an 8-page polymer-specific manufacturing procedure made. With this manual, every employee can manufacture that polymer.

The thesis’ work consisted of a practical part in the company’s laboratory and of a theory part.

First there is orientation to reaction mechanisms of polymerization, after which siloxane polymer behavior and properties are discussed. Next, the thesis concentrates on the actual polymer synthesis and on the preparations a polymer synthesis needs in this case. For example, there is silane distillation and production of base catalyst.

The largest part of this thesis is the different steps of polymer synthesis with 2 liter and 15 liter reactors. All steps, for example, reaction, methanol removal, polymer washing and evaporation of solvents are discussed in detail. The first batch with a 15-liter reactor had too low viscosity value therefore, it was decided to prolong the reaction time, increase methanol removal volume and evaporate longer at the last evaporation step. With these changes to the overall synthesis the target analysis values were met.

For every polymer batch, a product formulation suitable for the customer’s application was made. All formulations were analyzed according to the customer’s requests. This thesis briefly presents only the most important analyses since the purpose was not to study how suitable the analyses are for the product.

The goals of this thesis were achieved and in the future a remarkable amount of time can be saved in siloxane polymer production.