Aufbau und Optimierung einer akustischen Falle und experimentelle Untersuchungen an einem reaktiven schwebenden Einzeltropfen mittels optischer Online-Messmethoden

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Aus der Sicht des Chemikers ist der Sprühpolymerisationsvorgang besonders interessant, da Formgebung, Reaktion und Trocknung parallel in einem einstufigen Prozess in wenigen Sekunden ablaufen. Die Kürze der Fallzeit, die in dem Reaktor herrschenden Bedingungen und die Größe der fallenden Tropfen stellen jedoch enorme Anforderungen an die prozessbegleitende Analytik. Die Möglichkeit für die Analytik bietet die berührungslose Positionierung in einem Kraftfeld, zum Beispiel in einem stehenden Ultraschallfeld in einer akustischen Falle. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein akustischer Levitator für die berührungslose Positionierung kleiner Tropfen aufgebaut und ist für den Einsatz bei Temperaturen deutlich über 100 °C weiterentwickelt worden. Es konnte gezeigt werden, dass die stabile Levitation von flüssigen und festen Proben bei hohen Temperaturen und mit Gasüberströmung der Probe, bei Trocknungswie auch bei den Reaktivprozessen möglich ist. Die Ramanspektroskopische Messungen wurden mit Videoaufnahmen korreliert. Damit ist es gelungen, die Konzentration und gleichzeitig die Volumenänderung mit der Zeit zu verfolgen und dadurch die Aussagen über die zeitliche Abnahme des Lösungsmittelanteils und die vorschreitende Polymerisation zu ermöglichen. Bei Versuchen mit dem Stoffsystem Wasser/N-Vinylpyrrolidon konnte gezeigt werden, dass bei ähnlichen Bedingungen in dem Turmreaktor und dem akustischen Levitator eine vergleichbare Morphologie des Produktes erhalten wird. Mit den gezeigten Experimenten konnte der akustische Levitator als Modellexperiment für die Abläufe in einem Einzeltropfen für die Sprühpolymerisation etabliert werden.