High pressure phase equilibrium of the system containing carbon dioxide, chloroform and globalide, and characterization of thermodynamic properties of e-caprolactone, globalide and w-pentadecalactone

Abstract

Globalide é uma macrolactona insaturada usada como fragrância em uma variedade de produtos de limpeza e cosméticos, bem como monômero na síntese de polímero e copolímeros biodegradáveis e biocompatíveis altamente funcionalizáveis. O produto polimérico pode ser obtido através da polimerização de abertura de anel de globalide em dióxido de carbono supercrítico. Para realizar essa reação de forma eficiente, é importante entender como as condições termodinâmicas do sistema, como temperatura, pressão e composição, afetam a miscibilidade dos componentes. Além disso, o efeito da adição de um cossolvente também é necessário, pois altera a pressão de transição de fase da mistura. Portanto, um objetivo deste trabalho é investigar o comportamento de fase do sistema ternário contendo dióxido de carbono, globalide e clorofórmio em diferentes proporções de massa de globalide para clorofórmio. Os experimentos foram conduzidos em uma célula de visualização de volume variável de alta pressão usando o método sintético-visual em uma faixa de temperatura de 313,15 a 343,15 K. Equilíbrio líquido-vapor com transição de ponto de bolha e com transição de ponto de orvalho, equilíbrio líquido-líquido e equilíbrio líquido-líquido-vapor foram observados em uma faixa de pressão de 5,17 a 20,25 MPa. Os resultados experimentais foram representados satisfatoriamente pela equação de estado de Peng-Robinson. Além disso, o clorofórmio mostrou ser um cossolvente eficaz para o sistema ternário, pois altas frações diminuíram a pressão de transição. Ademais, dados experimentais de pressão de vapor para globalide e duas outras lactonas, e-caprolactona e ?-pentadecalactona, foram estudados em temperaturas de 297,8 a 333,7 K com boa repetibilidade e reprodutibilidade. Os resultados coletados foram usados para estimar os parâmetros de correlação de Antoine e os parâmetros de componentes puros da equação de estado PC-SAFT. Os dados apresentados neste trabalho são importantes para determinar as condições iniciais ótimas para a polimerização da globalide em altas pressões e são essenciais para a simulação, projeto e controle de sistemas contendo e-caprolactona, ?- pentadecalactona e globalide.

Abstract: Globalide is an unsaturated macrolactone used as a fragrance in a variety of cleaning and cosmetic products, as well as a monomer in the synthesis of highly functionalizable biodegradable and biocompatible polymer and copolymers. The polymeric product can be achieved through the ring-opening polymerization of globalide in supercritical carbon dioxide. In order to perform this reaction efficiently, it is important to understand how the thermodynamic conditions of the system, such as temperature, pressure and composition, affect the miscibility of the components. Furthermore, the effect of adding a cosolvent is also necessary as it changes the phase transition pressure of the mixture. Therefore, an objective of this work is to investigate the phase behavior of the ternary system containing carbon dioxide, globalide, and chloroform at different globalide to chloroform mass ratios. The experiments were conducted in a high pressure variable-volume view cell using the synthetic-visual method at a temperature range of 313.15 to 343.15 K. Vapor-liquid equilibrium with bubble point transition and with dew point transition, liquid-liquid equilibrium, and vapor-liquid-liquid equilibrium were observed at a pressure range of 5.17 to 20.25 MPa. The experimental results were satisfactorily represented by the Peng-Robinson equation of state. Moreover, chloroform has shown to be an effective cosolvent for the ternary system, as high fractions of it decreased the transition pressure. In addition, experimental vapor pressure data of globalide, and two other lactones, e-caprolactone and ?-pentadecalactone, were studied at temperatures of 297.8 to 333.7 K with good repeatability and reproducibility. The collected results were used to estimate Antoine correlation parameters and the pure components parameters for the PC-SAFT equation of state. The data presented in this work are important to determine optimal initial conditions for polymerization of globalide at high pressure and are essential for the simulation, design, and control of systems containing e-caprolactone, ?- pentadecalactone, and globalide.