Polymersynthese am Fraunhofer PAZ

Polymersynthese

Polymersynthese am Fraunhofer PAZ

Im Bereich der Synthese und Produktentwicklung beschäftigt sich das Fraunhofer-Pilotanlagenzentrum PAZ schwerpunktmäßig mit Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten auf den Gebieten der radikalischen Polymerisation, der anionischen Polymerisation, der koordinativen Polymerisation sowie der Polykondensation. Nicht nur die Entwicklung von Technologien und Verfahren zählen zu unseren Kompetenzen − wir sind ebenso spezialisiert auf Maßstabsübertragungen vom Labor- in den Pilotmaßstab. Je nach Projektfokus können die Arbeiten auch mit der Rezeptur- und Produktentwicklung im Labor starten.

Bei der Umsetzung der Projekte stehen neben gut ausgestatteten Synthese- und Analytiklaboren auch eine hochmoderne Mehrprodukt-Multifunktionspilotanlage zu Verfügung. Hier können eine große Anzahl technisch relevanter Verfahren im industrienahen Maßstab abgebildet und Mustermengen bis in den Tonnenbereich erzeugt werden.

Stofflich liegt unser Fokus auf Kautschuk, Elastomeren und Polykondensaten wie Polyester und Polyamide, aber auch viele andere Stoffsysteme wurden bereits erfolgreich bearbeitet.

Michael Bartke

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Prof. Dr.-Ing. Michael Bartke

Leiter | Polymersynthese

Value Park A 74
06258  Schkopau

Telefon +49 3461 2598-120

Fax +49 3461 2598-105

Ulrich Wendler

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Dr. Ulrich Wendler

Leiter | Synthese und Produktentwicklung

Value Park A 74
06258  Schkopau

Telefon +49 3461 2598-210

Fax +49 3461 2598-105

Marcus Vater

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Dipl.-Ing. Marcus Vater

Leiter | Scale-Up und Pilotierung

ValuePark® A 74
06258  Schkopau

Telefon +49 3461 2598-230

Fax +49 3461 2598-105

Unser Leistungsspektrum

  • Entwicklung und Anpassung von Polymersystemen
  • Bestimmung von thermodynamischen und kinetischen Parametern von Polymersynthesen
  • Verfahrenstechnische Überführung von Laborsynthesen in den Pilotmaßstab
    (bis zu 1000 L Reaktorvolumen)
  • Optimierung der Reaktionsführung bis hin zur Verfahrensentwicklung
  • Modellierung / Simulation und Optimierung von Verfahren und Verfahrensstufen
  • Physikalisch-chemische Charakterisierung der Polymere
  • Auftragssynthese: Herstellung von Klein- und Testchargen
  • Bestimmung rheologischer Eigenschaften von Polymeren, Polymerblends und füllstoffverstärkten Polymersystemen
  • Rückkoppelung von Bauteileigenschaften auf Anforderungen der Basispolymere – Diskussion möglicher Alternativkunststoffe

Unsere Forschungsthemen

Eine Kernkompetenz des Bereichs Synthese besteht in der Übertragung von Polymerisationsprozessen vom Labor- in den Pilotmaßstab. Diese Aufgabe beinhaltet sowohl die chemische und verfahrenstechnische Analyse von Polymerisationsverfahren im Labormaßstab, die eigentliche Maßstabsübertragung in den Pilotmaßstab, die verfahrenstechnische Auslegung und apparative Umsetzung in der Pilotanlage als auch das sichere und zuverlässige Betreiben der Pilotanlagen im Mehrschichtbetrieb. Hierzu verfügt das Fraunhofer PAZ mit hoch qualifizierten Naturwissenschaftlern, Ingenieuren sowie erfahrenen Technikern über eine ausgewogene Personalstruktur.

Weiterhin wurden Kompetenzen sowohl auf dem Gebiet der Überführung diskontinuierlicher in kontinuierliche Polymerisationsverfahren als auch auf dem Gebiet der Auslegung und Konstruktion von Versuchsreaktoren im Labormaßstab aufgebaut.

Unsere Ausstattung

Mit den bestehenden Anlagen können in unserem Synthesetechnikum eine Vielzahl von Polymerisationsverfahren abgebildet werden:  

Linie Beispielpolymere
Lösungspolymerisation (anionisch, koordinativ) Synthesekautschuke
Emulsionspolymerisation (kontinuierlich, Batch) PVAE, PVC
Heterophasenpolymerisation
(Fällung, Emulsion, Suspension)
Polystyrol,
Lackkomponenten, Gele
Polyamid Polyamide
Hochviskostechnologie
(Ein- und Doppelwellenkneter,
Scheibenreaktor)
IKautschukaufarbeitung,
Spezialpolykondensate                                                
Begasungs- / Hydrierreaktor
(BIAZZI)
Massepolymerisation,
Polystyrolfolgeprodukte,
hydrierte Polydiene
Kontinuierliche Polyesterlinie PET/ PBT

Personell kann durch die vorhandene Mitarbeiterstruktur ein kurz- bis mittelfristiger 24h-Betrieb sichergestellt werden. Damit sind auch Musterchargen im einstelligen Tonnenbereich möglich.

Designparameter einiger Reaktoren:

Hauptausrüstung Nr. Druck
Temperatur Volumen

Lösungspolymeriation

 

 

   
Reaktor C2110 −1−20 bar 5−300 °C 610 L
Koppler C3110 −1−20 bar 5−300 °C 610 L
Einwellenkneter C2610 −1−6 bar 5−350 °C 100 L
Doppelwellenkneter C3610 −1−6 bar 5−350 °C 200 L

Massepolymerisation

       
Vorpolymerisator C2210 −1−30 bar 5−350 °C 810 L
Veresterungsreaktor (PET) C3210 –1–10 bar
5–350 °C
 
Nachkondensator C4610 −1−10 bar 5−350 °C 559 L
Finisher C5610 −1−1 bar 5−350 °C 110 L

Hydrierung

       
Hydrierreaktor C2710 −1−110 bar −5−300 °C 880 L

 

Neben der technischen Ausstattung im Pilotanlagenmaßstab verfügt der Bereich Polymersynthese über eine moderne Laborausstattung. Mit dieser Laborausstattung ist es uns möglich, alle wesentlichen Prozesse des Technikums auch im Labormaßstab zu realisieren.

Weiterhin kann mit den unten aufgeführten Verfahren zur analytischen Bestimmung und Bewertung der Polymere die prozessbegleitende Analytik vor Ort durchgeführt werden. Sollten sich weiterführende Fragestellungen zur Polymerbewertung stellen, kann auf die umfangreichen Analytikexpertisen der beiden Mutterinstitute – dem Fraunhofer IAP in Potsdam-Golm bzw. Fraunhofer IMWS in Halle – zurückgegriffen werden

 

Vor Ort vorhandene Messverfahren:

  • automatische Verdünnungsviskosimetrie
  • Teilchengrößenbestimmung (Laserbeugung)
  • Rheologie-Meßtechnik (Rotationsrheometer −120−400 °C)
  • Doppelbindung- und Endgruppenbestimmung durch Titration
  • GPC in verschiedenen Lösungsmitteln (u. a. HIFP)
  • GC zur Restmonomer / -lösungsmittelbestimmung