Einfluss des Stoff- und Wärmetransports auf die Partikelstruktur bei der Sprühpolymerisation

Die Sprühpolymerisation bietet die Möglichkeit, Polymerpartikel mit einer definierten Oberflächenstruktur herzustellen. Durch die Hybridisierung der Verfahrensschritte Reaktion, Trocknung und Formgebung, sowie durch die Verwendung geringerer Mengen an Lösungsmittel kann die Sprühpolymerisation ein deutlich wirtschaftlicheres und umweltverträglicheres Verfahren sein als ein konventionelles (Semi-)Batch Verfahren. Zusätzlich ermöglicht die Miniaturisierung des Reaktionsraumes auf einen Tropfen einen sehr intensiven Stoff- und Wärmeaustausch und eröffnet so neue Prozessfenster, wie etwa die Durchführung von stark exothermen Reaktionen. Die Kenntnis des Stoff- und Wärmetransports im Tropfen ist hier von entscheidender Bedeutung, da von diesen Eigenschaften sowohl die verfahrenstechnische Auslegung, die benötigte Strömungscharakteristik im Sprühturm als auch die resultierende Produkteigenschaft und die Produktqualität abhängen. In dieser Arbeit wird der Zusammenhang zwischen dem Stoff- und Wärmetransport und der resultierenden Partikelstruktur beschrieben. Hierfür werden Polymerisationsexperimente im Einzeltropfen mit Hilfe eines akustischen Levitators beschrieben. Der Fokus der Untersuchungen liegt hierbei auf den Dimensionslosen Kennzahlen, auf der Reaktionskinetik der Radikalischen Polymerisation sowie auf verschiedenen Aspekten der Partikelbildung. Als Fazit wird eine Prozessstrategie vorgestellt, die als Leitfaden bei der Herstellung maßgeschneiderter Partikel durch Sprühpolymerisationen herangezogen werden kann.