ปฏิกิริยาการสังเคราะห์พอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง
(High
Densitiy Polyethylene หรือ
HDPE)
และพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำโครงเสร้างเชิงเส้น
(Linear
Low Density Polyethylene หรือ
LLDPE)
มีทั้งการสังเคราะห์ในเฟสแก๊สและที่ใช้ตัวไฮโดรคาร์บอนที่เฉื่อยเป็นตัวทำละลาย
การสังเคราะห์ในเฟสแก๊สมีข้อดีตรงที่ไม่ต้องมีการใช้ตัวทำละลาย
(คือประหยัดค่าใช้จ่ายตรงส่วนที่ต้องจัดหาตัวทำละลายและการทำตัวทำละลายให้บริสุทธิ์เพื่อนำกลับมาใช้ใหม่)
และไม่มีปัญหาเรื่องการเกิด
"โอลิโกเมอร์"
แต่เนื่องจากปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์
(polymerisation
reaction) เป็นปฏิกิริยาที่คายความร้อนมาก
ประกอบกับแก๊สเป็นสารที่มีความจุความร้อนต่ำและนำความร้อนได้ไม่มี
จึงทำให้การระบายความร้อนออกจากระบบค่อนข้างยาก
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนต้องมีขนาดใหญ่
(สัมประสิทธิการถ่ายเทความร้อนต่ำ
จึงต้องชดเชยด้วยการเพิ่มพื้นที่ผิว)
กระบวนการสังเคราะห์ที่ใช้ในเฟสแก๊สนี้จึงไม่ค่อยเป็นที่นิยมกันเท่าใดนัก
แม้ว่าจะเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นทีหลังก็ตาม
การสังเคราะห์ในเฟสของเหลวมีข้อดีตรงที่ของเหลวมีความจุความร้อนที่สูงกว่าแก๊ส
และยังสามารถใช้การระเหยของของเหลวตัวกลางนั้นในการระบายความร้อนที่ปฏิกิริยาปลดปล่อยออกมา
จึงทำให้การควบคุมอุณหภูมิทำได้ง่ายกว่าและการระบายความร้อนออกมีประสิทธิภาพสูงกว่า
(สัมประสิทธิการถ่ายเทความร้อนสูง
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนก็มีขนาดที่เล็กลงได้)
แต่ก็มีข้อเสียตรงที่ต้องมีระบบแยกเอาตัวทำละลายกับพอลิเมอร์ที่ได้ออกจากกันเพื่อนำตัวทำละลายกลับไปใช้งานใหม่
และยังมีการเกิด "โอลิโกเมอร์"
ที่ต้องแยกออกจากพอลิเมอร์และตัวทำละลายและต้องหาทางกำจัดทิ้งไป
โดยเฉพาะในกรณีของการเกิดปฏิกิริยาใน
slurry
phase (เฟสที่มีของแข็งแขวนลอยอยู่ในของเหลว)
รูปที่
๑
ด้านซ้ายคือรายละเอียดวิธีการทำปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์ที่ให้ไว้ในบทความ
ไม่ได้มีการกล่าวถึงการยุติการเกิดปฏิกิริยาและการแยกเอาผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นและตัวทำลายออกจากกัน
(ในความเป็นจริงใช้การลดอุณหภูมิและกรองออกจากกัน)
ด้านขวาคือผลการทดลองที่แสดงปริมาณพอลิเอทิลีนที่แยกออกมาได้
(ในรูปของ
น้ำหนักที่ผลิตได้ต่อหน่วยโมลตัวเร่งปฏิกิริยาต่อหน่วยเวลา)
การเกิดปฏิกิริยาใน
slurry
phase นั้น
เอทิลีน โคโมโนเมอร์
(โมเลกุลที่มีขนาดใหญ่กว่าเอทิลีน)
และไฮโดรเจน
(ตัวควบคุมความยาวสายโซ่)
ที่เป็นแก๊สจะละลายเข้าไปในตัวทำละลายที่เป็นของเหลวและมีตัวเร่งปฏิกิริยาละลายอยู่
การเกิดปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์จะทำให้ได้สายโซ่โมเลกุลที่มีขนาดใหญ่ขึ้นแต่ในช่วงแรกนั้นโมเลกุลเหล่านี้จะยังละลายอยู่ในตัวทำละลาย
จนกระทั่งสายโซ่พอลิเมอร์นั้นมีความยาวในระดับหนึ่งที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ต่าง
ๆ ได้
สายโซ่โมเลกุลนั้นก็จะแยกเฟสเป็นของแข็งแขวนลอยอยู่ในตัวทำละลาย
"โอลิโกเมอร์
(oligomer)"
ในที่นี้คือสายโซ่โมเลกุลที่มีขนาดใหญ่ขึ้นแต่ยังละลายอยู่ในตัวทำละลาย
โอลิโกเมอร์ไม่สามารถนำไปขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ที่เป็นชิ้นงานได้
ตรงนี้ลองนึกภาพเทียนไขดูก็ได้
เราอาจหล่อเนื้อเทียนให้เป็นก้อนเป็นแท่งได้
แต่ไม่สามารถเอามาขึ้นรูปเป็นชิ้นส่วนที่มีผนังบางเช่น
ฝาขวดน้ำพลาสติก ลังพลาสติก
ถังและขันน้ำพลาสติกได้
ดังนั้นจึงถือว่าเป็นผลิตภัณฑ์ข้างเคียงที่ก่อให้เกิดการสูญเสียสารตั้งต้นและต้องหาทางกำจัดหรือเอาไปใช้ประโยชน์อย่างอื่น
ในอุตสาหกรรมนั้นจะแยกเอาพอลิเมอร์ที่เป็นของแข็งที่แขวนลอยอยู่ในตัวทำละลายนั้นออกจากตัวทำละลายในขณะที่ตัวทำละลายยังร้อนอยู่
(เช่นใช้การเหวี่ยงแยก)
ทั้งนี้เพื่อป้องกันไม่ให้โอลิโกเมอร์แข็งตัวปะปนมากับพอลิเมอร์โดยให้โอลิโกเมอร์นั้นยังคงละลายอยู่ในเฟสตัวทำละลาย
จากนั้นจึงค่อยแยกเอาโอลิโกเมอร์ออกจากตัวทำละลาย
(เช่นด้วยการใช้การกลั่น)
เพื่อนำเอาตัวทำละลายกลับไปใช้งานใหม่
ผมมีโอกาสได้ฟังการบรรยายผลงานวิจัยของคณะนักวิจัยที่ทีมงานประกอบด้วยทั้งฝ่ายมหาวิทยาลัยและบริษัทที่ผลิตพอลิเอทิลีนจำหน่ายและมีโอกาสได้พบปะพูดคุยกับผู้ทำวิจัยเหล่านั้นอยู่หลายครั้ง
สิ่งหนึ่งที่ผมถามได้พวกเขาอยู่เสมอคือในระดับห้องปฏิบัติการนั้นเขามีแยกเอาตัวทำละลายกับพอลิเมอร์ออกจากกันอย่างไร
คำตอบที่ได้รับเป็นประจำก็คือก็ใช้การหยุดปฏิกิริยา
ลดอุณหภูมิ กรองเอาตัวทำละลายออก
และทำให้ "ของแข็ง"
ที่ได้มานั้นแห้ง
(คือกำจัดตัวทำละลายที่ยังหลงเหลืออยู่ออกให้หมด)
และคำถามที่ตามมาก็คือนั่นก็แสดงว่าไม่ได้มีการแยกเอา
"โอลิโกเมอร์"
ออกจาก
"พอลิเมอร์"
ใช่ไหม
ซึ่งคำถามนี้ดูเหมือนว่าผู้ถูกถามจะไม่ค่อยเข้าใจคำถาม
โดยเฉพาะกับทางคณะนักวิจัยที่เป็นฝ่ายทางมหาวิทยาลัย
บางคนงงด้วยซ้ำว่าโอลิโกเมอร์คืออะไร
"พอลิเมอร์"
ในที่นี้คือสายโซ่โมเลกุลที่สามารถเข้าไปขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ได้
ส่วน "โอลิโกเมอร์"
คือสายโซ่โมเลกุลที่สั้นเกินกว่าจะเอาไปขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ได้
และต้องแยกออกจาก "พอลิเมอร์"
ก่อนนำเอา
"พอลิเมอร์"
นั้นไปขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ต่าง
ๆ
แล้วการที่มี
"โอลิโกเมอร์"
ผสมรวมอยู่กับ
"พอลิเมอร์"
มันทำให้เกิดอะไรหรือครับ
อย่างแรกที่สำคัญก็คือมันทำให้ปริมาณ
"ของแข็ง"
ที่ได้จากการระเหยตัวทำละลายออกไปแล้วมี
"มากขึ้น"
ดังนั้นเมื่อนำเอาปริมาณ
"ของแข็ง"
ที่ได้นั้นไปคำนวณค่าความว่องไวในการทำปฏิกิริยาก็จะทำให้ตัวเร่งความว่องไวของตัวเร่งปฏิกิริยามีค่าสูงหรือออกมาดูดีนั่นเอง
(ตัวเลขสวยสำหรับการตีพิมพ์บทความวิขาการ)
ทั้ง
ๆ ที่ในความเป็นจริงนั้นในการสังเคราะห์พอลิเอทิลีนใน
slurry
phase ควรพิจารณาความว่องไวของตัวเร่งปฏิกิริยาจากปริมาณ
"พอลิเมอร์"
หรือส่วนที่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้จริงที่สังเคราะห์ได้จริง
เพราะตัวเร่งปฏิกิริยาที่ผลิต
"ของแข็ง"
ได้มากกว่าตัวอื่น
แต่ถ้า "ของแข็ง"
ที่ได้นั้นเป็น
"โอลิโกเมอร์"
เสียส่วนใหญ่
(คือส่วนที่ต้องทิ้งไป)
ก็คงเอาไปใช้ประโยชน์อะไรไม่ได้เมื่อเทียบกับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ผลิต
"ของแข็ง"
ได้ต่ำกว่า
10
เท่า
แต่ของแข็งที่ได้นั้นเป็น
"พอลิเมอร์"
ทั้งหมด
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น
หมายเหตุ: มีเพียงสมาชิกของบล็อกนี้เท่านั้นที่สามารถแสดงความคิดเห็น