Süperkritik karbondioksit (CO2) ortamında üçlü faz diyagramlarının incelenmesi

Abstract

Süperkritik karbondioksitin (CO2) çözücü olarak kullanılması son zamanlarda oldukça fazla araştırılan konuların arasında gelmektedir. Öte yandan kimyasal prosesleri tasarlamadan önce proseste kullanılacak maddelerin faz davranışlarının bilinmesi gereklidir. İlaç ve kozmetik endüstrisinde yaygın olarak kullanılan PEG ve MePEG polimerleri tek başlarına süperkritik CO2 içerisinde çözünmezler. Polimeri süperkritik CO2 içerisinde çözünebilecek hale getirmek için sisteme ikinci bir kosolvent eklenmelidir. Bu çalışmada da kosolvent olarak etanol kullanılmış ve PEG (ve MePEG) polimeri + etanol + süperkritik CO2 üçlü sistemi faz davranışları incelenmiştir. Metoksi polietilen glikol (MePEG) polimerleri literatürde daha önce hiç çalışılmamıştır. Bu çalışmada, iki tür polimerin sahip oldukları ?OH ve ?CH3 son gruplarının varlığının sistemin faz davranışları üzerindeki etkileri yorumlanmıştır.Sisteme etanol ilavesi ile bulanma basıncında da bir düşüş gözlemlenmiştir. Etanol ilavesi ile sistemin polarlığı PEG polimerininkine yaklaşır ve polimer sistem içerisinde daha kolay çözünür hale gelir. PEG polimerleri' nin bulanma basınçları MePEG polimerlerine göre daha yüksektir. PEG polimeri sahip olduğu ?OH gruplarından dolayı MePEG polimerine göre kendi zincirleri arasında daha güçlü hidrojen bağları yapar ve bu nedenle bulanma basıncını arttırarak sistemin tek faza geçmesini güçleştirir.Faz denemelerinden sonra PEG ve MePEG polimerleri kullanılarak süperkritik CO2 ve etanol varlığında RESS-N (Rapid Expansion of Supercritical Fluid with a Nonsolvent) prosesi ile küresel ve aglomere olmamış polimerik partikül elde edilmeye çalışılmıştır. Polimer molekül ağırlığı azaldıkça, püskürtme mesafesi arttıkça, meme (nozzle) çapı azaldıkça ve çözelti sıcaklığı yükseldikçe daha küresel ve aglomere olmamaş polimer partikülleri elde edilmiştir.

Recently, supercritical carbon dioxide (sc-CO2) has been attracting much attention to be used in polymer processes. In order to the design a chemical process, it is necessary to know the phase behavior of the used chemicals with each other in the sc-CO2 technology. Polyethyleneglycols (PEG?s) and methoxy polyethylene glycols (MePEG?s) are widely used polymers in pharmaceutical and cosmetic industries. These polymers are not soluble in supercritical CO2 when used alone. A cosolvent is be added to the system to solubilize these polymers in supercritical CO2. In this work, ethanol was used as a cosolvent and the ternary phase behavior of PEG (and MePEG) polymers + ethanol + supercritical CO2 was investigated. MePEG polymers have not been studied in the literature before. The effect of polymer end groups (-OH and ?CH3 ) on the triple phase behavior of the system was determined.A decrease in the cloud pressure of the system was observed by adding ethanol. The polarity of ethanol is close to the PEG polarity so the polymer becomes more soluble in the ternary system. The cloud point pressures of PEG polymers were higher than the MePEG?s. PEG polymers forms higher hydrogen bonding between chains than MePEG polymers because of their double number of ?OH end groups, so the cloud pressure of the system increases and showing that it becomes difficult to pass the single phase.After obtaining the phase diagrams, PEG and MePEG polymers in supercritical CO2 and ethanol were used to achieve spherical polymeric particles by spraying. RESS?N (Rapid Expansion of Supercritical Fluid with a Non-solvent) process was used to produce spherical and non-agglomerated particles. The sphericity of the particles were increased by decreasing molecular weight of the polymer and nozzle radius and by increasing the spray distance and the solution temperature.