پایان نامه : مدلسازی ریاضی سینتیک هسته گذاری و رشد نانو ذرات پلیمری در فرایند پلیمریزاسیون امولسیونی با استفاده از نتایج هدایت سنجی

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی شیمی

گرایش : ترمودینامیک و سینتیک

عنوان : مدلسازی ریاضی سینتیک هسته گذاری و رشد نانو ذرات پلیمری در فرایند پلیمریزاسیون امولسیونی با استفاده از نتایج هدایت سنجی

دانشگاه سیستان و بلوچستان

تحصیلات تکمیلی

 

پایان نامه کارشناسی ارشد در مهندسی شیمی گرایش ترمودینامیک و سینتیک

 

 

عنوان:

مدلسازی ریاضی سینتیک هسته گذاری و رشد نانو ذرات پلیمری در فرایند پلیمریزاسیون امولسیونی با استفاده از نتایج هدایت سنجی

 

استاد (اساتید) راهنما:

دكتر  فرشاد فرشچی تبریزی

دكتر  حسین آتشی کاشی

 

 

استاد مشاور:

دكتر  حسین عابدینی

 

این پایان نامه از حمایت مالی معاونت پژوهشی دانشگاه سیستان و بلوچستان و ستاد ویژه توسعه فناوری نانو بهره مند شده است

 

تیر 1389

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

 

چکیده

بخش عمده ای از خواص نهایی محصول در پلیمریزاسیون امولسیونی توسط توزیع اندازه ذرّات تعیین می‌­گردد. در این پروژه، یک مدل دقیق بر مبنای معادلات موازنه جمعیتی ( مدل صفر- یک) که دربرگیرندۀ پدیده­های هسته زایی و رشد ذرّه می‌­باشد برای پیش­بینی توزیع اندازه ذرّات انتخاب گردیده است. برای حل معادلات موازنه جمعیتی از روش حجم محدود استفاده شده است. در این مطالعه، اثر پارامتر غلظت اولیه ماده فعال سطحی روی درصد تبدیل و توزیع اندازه ذرّات بصورت تجربی و به كمك شبیه­سازی بررسی گردیده است. بر اساس نتایج حاصله، با کاهش مقدار ماده فعال سطحی، اندازه ذرّات افزایش می­‌یابد. در کلیّه موارد فوق، نتایج شبیه­سازی و تجربی تطابق مطلوبی دارند. در این پروژه، روابط مناسبی برای محاسبۀ تجربی CMC با استفاده از داده­های آزمایشگاهی به­صورت y=A Ln(x) + B در دو دمای 25 و 60 درجه سانتیگراد ارائه شد، و نیز در دمای 60 درجه سانتیگراد فرمول تجربی برای تلفیق دو الکترولیت Na₂CO₃ و KPS که در پلیمریزاسیون امولسیونی نانو ذرات پلی­بوتادین به­ترتیب به­عنوان بافر و شروع­کننده استفاده می­شود با روش حداقل مربعات به صورت z=A(x)^m(y)ⁿ به­دست آمد که در تمام موارد فوق ضرایب به­گونه­ای به­دست آورده شد که با داده­های آزمایشگاهی بهترین تطابق را داشته باشد.

 همچنین، هدایت اولیه الكتریكی سیستم بر حسب غلظت یونها، در حضور الکترولیت­های موجود در پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین در دو دمای 25 و 60 درجۀ سانتیگراد با چهار روش به­دست آمده است. ابتدا با روش تجربی و با استفاده از داده­های آزمایشگاهی فرمولی به­صورت y=A(x) برای هدایت الکترولیت­های فوق در دو دمای 25 و 60 درجه سانتیگراد به­دست آمده است. سپس دو روش ارائه شده در مقالات بررسی شده است، و در نهایت روشی ابداعی برای محاسبه هدایت الکتریکی محلول­های فوق ذکر گردیده و درصد خطای هرکدام از روش­ها به صورت جداولی آورده شده است. در نهایت هدایت الكتریكی سیستم پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین بدون خضور مونومر و نیز به صورت Online در حضور واکنش بدست آمده است. صحّت این روابط از طریق داده­های آزمایشگاهی مورد تایید قرار گرفت.

کلمات کلیدی: پلیمریزاسیون امولسیونی، بوتادین، توزیع اندازه ذرّات، موازنه جمعیتی، مدلسازی

 

فهرست مطالب

فصل اول.. 1

مروری بر فرایندهای پلیمریزاسیون.. 1

1-1- مقدمه. 2

1-2- تقسیم بندی پلیمرها بر اساس مکانیسم پلیمریزاسیون. 3

پلیمریزاسیونهای زنجیرهای.. 5

پلیمریزاسیونهای مرحلهای.. 5

فقط مونومرهایی وارد واکنش میشوند که دارای مراکز فعّال (مانند رادیکال آزاد و یا یون) باشند. 5

هردو مونومری که دارای دو عامل فعّال مختلف در دو سرخود باشند قابلیت وارد شدن در واکنش را دارند. 5

غلظت مونومر به طور یکنواخت در طول واکنش کاهش مییابد. 5

مونومرها بسرعت در مراحل اولیّۀ واکنش از بین میروند. 5

پلیمرهایی با وزن مولکولی بالا به سرعت به وجود میآیند. 5

وزن مولکولی زنجیرههای پلیمری همگی با هم به آهستگی در طول زمان افزایش مییابد. 5

سرعت واکنش بسیار زیاد میباشد. 5

سرعت واکنش آهسته و کند است. 5

از ابتدای واکنش، زنجیرههایی با درجه تبدیل بالا بدست میآیند. 5

برای بهدست آوردن زنجیرههایی با درجه تبدیل بالا میبایستی واکنش را تا بیش از90% ادامه داد. 5

واکنش در چند مرحله، شروع، انتشار و اختتام انجام میپذیرد. 5

واکنش فقط در یک مرحله صورت میپذیرد. 5

فقط پلیمرهای خطی یا مولکولهایی با انشعابات کم را تولید میکند. 5

مولکولهایی با ساختار متفاوت، از مولکولهای خطی سادۀ بدون شاخه تا شبکههای حجیم با اتصالات عرضی زیاد به دست میدهد. 5

1-2-1- واکنشهای پلیمریزاسیون رادیکال آزاد. 5

1-2-1-1- آغاز. 6

1-2-1-2- رشد (انتشار) 6

1-2-1-3- پایان. 6

1-2-1-4- انتقال زنجیر. 7

1-2-2- طبقه بندی روشها و یا سیستمهای پلیمریزاسیون بر اساس محیط واکنش… 7

1-2-2-1- پلیمریزاسیون همگن.. 8

1-2-2-1-1- روش پلیمریزاسیون تودهای (جرمی) (Bulk Polymerization) 8

1-2-2-1-2- روش پلیمریزاسیون محلولی (Solution Polymerization) 9

1-2-2-2- پلیمریزاسیون ناهمگن.. 10

1-2-2-2-1- روش پلیمریزاسیون تعلیقی (Suspension Polymerization) 10

1-2-2-2-2- روش پلیمریزاسیون امولسیونی (Emulsion Polymerization) 10

روش پلیمریزاسیون.. 14

مزایا 14

معایب.. 14

پلیمریزاسیون. 14

تودهای.. 14

فرآیند ناپیوسته. 14

سادگی فرآیند، انعطاف پذیری، هزینۀ پایین جداسازی.. 14

حرارت زایی واکنش، توزیع وزن مولکولی پهن، افزایش شدید ویسکوزیته و در نتیجه مشکل اختلاط و انتقال حرارت در حین واکنش    14

فرآیند پیوسته. 14

قابل کنترل بودن واکنش توسط درجه حرارت، قابل کنترل بودن وزن مولکولی، خواص محصولات و در نتیجه هزینه جداسازی پایین   14

درجه تبدیل پایین، جدایی مونومر از پلیمر، نیاز به درجه حرارت بالا و در برخی مواقع نیاز به فشار بالا، چسبندگی پلیمربه دیواره راکتور 14

پلیمریزاسیون محلولی.. 14

نسبت به سیستم تودهای ویسکوزیتۀ کمتر و در نتیجه اختلاط و انتقال حرارت بهتر، قابل کنترل بودن واکنش توسط کنترل دما، قابل مصرف بودن مستقیم محلول واکنش، چسبندگی کم پلیمر به بدنه راکتور 14

هزینۀ استفاده از حلّال، آلودگی محیط به علت وجود حلّال، هزینۀ خشکسازی و جدا سازی، مشکل وجود پدیده انتقال رادیکال  14

پلیمریزاسیون تعلیقی.. 14

قابل کنترل بودن کیفیت محصول و واکنش توسط کنترل دما، قابل مصرف بودن مستقیم دانههای خشک جامد و در نتیجه هزینه پایین جداسازی، ویسکوزیته کم و درنتیجه انتقال حرارت مناسب.. 14

عدم امکان استفاده از فرآیندهای پیوسته، نیاز به وجود همزن و افزودنیهای خاص، چسبندگی ذرات پلیمری به بدنه راکتور 14

پلیمریزاسیون امولسیونی.. 14

قابل کنترل بودن واکنش توسط دما، سرعت بالای واکنش، ویسکوزیته کمتر (نسبت به سیستم های محلولی و تودهای)، انتقال حرارت مناسب، قابل مصرف بودن لانکس تولیدی.. 14

نیاز به غلظت بالای امولسیفایر، نیاز به پایدارسازی ذرات، چسبندگی ذرات به بدنه راکتور 14

1-2-3- اهمیت پلیمریزاسیون امولسیونی.. 14

1-2-4- مکانیسم پلیمریزاسیون امولسیونی.. 15

1-2-5- مراحل پلیمریزاسیون امولسیونی.. 18

1-2-6- مکانیسم ایجاد ذرّه 22

1-2-6-1- هسته‌زایی مایسلی.. 22

1-2-6-2- هسته‌زایی همگن.. 23

1-2-6-3- هسته‌زایی قطرهای.. 23

1-2-7- پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 24

1-2-8- معرفی مونومر بوتادین.. 24

1-2-9- مواد مورد استفاده در پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 27

1-2-9-1- امولسیفایر. 27

1-2-9-2- شروع كننده. 28

1-2-9-3- بافر. 29

1-2-10- مروری بر کارهای انجام شده در زمینۀ شبیه سازی وکنترل توزیع اندازه ذرّات.. 29

فصل دوم. 35

سینتیک پلیمریزاسیون امولسیونی.. 35

2-1- مقدمه. 36

2-2- رخدادهای فاز پیوسته. 36

2-3- رخدادهای فاز قطرات مونومری.. 36

2-4- رخدادهای فاز ذرات پلیمری.. 37

2-5- مایسلهای متورّم شده با مونومر. 38

2-6- مدلسازی.. 42

2- 6-1- واکنشهای آغازین.. 42

2-6-2- الیگومرهای فاز آبی.. 43

2-6-3- هسته‌زایی.. 44

2-6-4- موازنۀ منومرها 45

2-6-5- موازنه ماده فعال سطحی.. 47

2-6-5-1- مدل صفر – یك… 48

2-6-5-2- مدل شبه توده. 49

2- 6-6- معادلات مدل شبه توده برای موازنه جمعیتی ذرات پلیمری.. 49

2-6-6-1- تعداد متوسط رادیکالها در ذّرات.. 50

2-6-6-2- رشد ذرات پلیمری.. 51

2-6-6-3- ورود الیگومرها به ذرّات.. 51

2-6-6-4- دفع الیگومرها از ذرّات.. 52

2-6-6-5- اختتام در داخل ذرّات.. 52

2-6-7- معادلات مدل صفر-یک برای موازنۀ جمعیتی ذرّات پلیمری.. 52

2-6-8- حل عددی معادلات موازنه جمعیتی.. 55

2-6-8-1- المان محدود (Finite Elements) 56

2-6-8-2- حجم/تفاضل محدود. 57

فصل سوم. 59

محاسبۀ CMC با استفاده از نتایج هدایت سنجی.. 59

3-1- مقدمه. 60

3-2- آزمایش… 61

3-3- تأثیرات الکترولیتها بر روی CMC در دمای 25ºC.. 62

3-4-1- تأثیر تک تک الکترولیتها بر روی CMC در دمای 60ºC.. 65

3-4-2- تأثیر تلفیق الکترولیتها بر روی CMC.. 68

فصل چهارم. 70

شبیهسازی امولسیونی پلیبوتادین و مقایسه با دادههای تجربی.. 70

4-1- مقدمه. 71

4-2- مدلسازی.. 73

4-2-1- مقیاس مدلسازی.. 73

4-2-2- مراحل مدلسازی در واکنشها و فرآیندهای پلیمریزاسیون. 74

4-2-3- روشهای انتخاب مدل در واکنشها و فرآیندهای پلیمریزاسیون. 75

4-3- مدلسازی سینتیكی پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 75

4-4- فرضیّات در نظر گرفته شده در طرح سینتیكی ارائه شده برای پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 76

4-5- حل معادلات حاصل شده در مدلسازی سینتیكی پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 77

4-5-1- گسسته سازی معادلات دیفرانسیلی جزیی موازنه جمعیتی.. 78

4-6- پارامترهای استفاده شده در مدلسازی سینتیكی پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 79

4-7- مقایسۀ نتایج حاصل از مدلسازی سینتیكی با دادههای آزمایشگاهی.. 81

4-7-1- شرح دستگاه و تجهیزات.. 81

4-7-2- روش آزمایش… 82

4-7-3- خوراک هر آزمایش… 84

4-7-4- پلیمریزاسیون با سدیم دودسیل سولفات.. 84

فصل پنجم. 103

پیشبینی هدایت در طول فرایند پلیمریزاسیون.. 103

5-1- مقدمه. 104

5-2- آزمایش… 105

5-3- پیشبینی هدایت الکتریکی محلولها بدون واکنش شیمیایی.. 106

5-3-1 پیشبینی هدایت الکتریکی محلولهای SDS در غلظتهای مختلفی از الکترولیتهای Na₂CO₃ و KPS در دمای 25ºC و 60ºC   106

5-3-2 پیشبینی هدایت الکتریکی محلولهای SDS در غلظتهای مختلفی از تلفیق الکترولیتهای Na₂CO₃ و KPS در دمای 60ºC   135

5-4- پیشبینی هدایت الکتریکی واکنش پلیمریزاسیون امولسیونی نانو ذرّات پلیبوتادین (به صورت Online) 146

فصل ششم. 148

نتیجه گیری و پیشنهادات.. 148

6-1 نتیجهگیری.. 149

6-2- پیشنهادات.. 150

مراجع.. 152

پیوستها 158

محاسبه CMC در حضور 5/0 گرم Na₂CO₃ در محیط با تیتراسیون SDS در دمای 25°C.. 159

محاسبه CMC در حضور 75/0 گرم KPS در محیط با تیتراسیون SDS در دمای 25°C.. 160

محاسبه CMC در حضور 5/0 گرم Na₂CO₃ در محیط با تیتراسیون SDS در دمای 60°C.. 162

محاسبه CMC در حضور 1 گرمKPS در محیط با تیتراسیون SDS در دمای 60°C.. 164

فهرست جدول­ها

جدول 1- 1. اختلافات موجود بین پلیمریزاسیونهای زنجیره ای و مرحله ای.. 5

جدول 1- 2. مقایسه روشهای پلیمریزاسیون 14

جدول 1- 3. خواص فیزیكی و ترمودینامیكی بوتادین. 26

جدول 1- 4. خوراكهای استفاده شده در پلیمریزاسیون امولسیون بوتادین.. 27

جدول 1- 5. لیست مقالات انجام گرفته در دهه گذشته براساس مدلهای موازنه جمعیتی . 32

جدول 2- 1. رویدادهای سینتیكی داخل فاز پیوسته (آب) 40

جدول 2- 2. رویداد های سینتیكی داخل فاز ذره پلیمر. 41

جدول 2- 3. معادلات سینتیکی پلیمریزاسیون امولسیونی 42

جدول 3- 1. ضرایب به دست آمده برای فرمول (3- 1). 63

جدول 3- 2. مقادیر CMC سدیم دو دسیل سولفات (SDS) برای غلظتهای مختلف الکترویتهای اضافه شده در 25ºC   64

جدول 3- 3. ضرایب به دست آمده برای فرمول (3- 2). 66

جدول 3- 4. مقادیر CMC سدیم دو دسیل سولفات (SDS) برای غلظتهای مختلف الکترویت اضافه شده در دمای60°C   67

جدول 3- 5. اطلاعات کاملی از غلظتهای مختلف تلفیق دو الکترولیت Na₂CO₃ و KPS، CMC تجربی، CMC به دست آمده از فرمول ارائه شده، و میزان خطای حاصله از این فرمول برای هر کدام از غلظتهای فوق. 69

جدول 4- 1. طرح سینتیكی در نظر گرفته شده برای پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 76

جدول 4- 2. پارامتر­های استفاده شده درمدلسازی سینتیكی پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 79

جدول 4- 3. پارامترهای بدست آمده با استفاده از مدلسازی سینتیكی پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 80

جدول 4- 4. داده­ها برای سورفكتانت سدیم دو دسیل سولفات.. 80

جدول 4- 5. مقادیر مواد استفاده شده در آزمایشات پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 84

جدول 5- 1. مقادیر هدایت اولیه الکترولیتهایKPS  و  Na₂CO₃ در دمای الف) 25ºC ب) 60ºCکه دستگاه هدایت­سنج نشان می­دهد. 110

جدول 5- 2. ضرایب معادله (5- 7) در دمای الف) 25ºC ب) 60ºC.. 112

جدول 5- 3. ضرایب هدایت برآورد شده در روش دوّم در الف)ºC 25 ب) 60ºC.. 114

جدول 5- 4 .ضرایب هدایت G_i و مقادیر هدایت معادل هر یک از گونه­های یونی (^ºλ_i) برآورد شده در الف) ºC25 ب)60ºC   115

جدول 5- 5. خطای نسبی هدایت اولیه (σ_o) غلظتهای مختلف الکترولیتهای Na₂CO₃ و KPS در هر روش الف) 25ºC ب) 60ºC   116

جدول 5- 6. خطای نسبی (σ_calc) غلظتهای مختلف الکترولیتهای Na₂CO₃ و KPS درمحلولهای SDS در هر روش در الف) 25ºC ب) 60ºC   120

جدول 5- 7. خطای نسبی σ_calc غلظتهای مختلف الکترولیت با استفاده از مقدارهای دقیق هدایت اولیه نشان داده شده توسط سیستم هدایت­سنج در الف) 25ºC ب) 60ºC.. 131

جدول 5- 8. مقادیر هدایت اولیه، σ_o، غلظتهای مختلفی از تلفیق الکترولیتهای  Na₂CO₃و KPS در دمای 60ºC   135

جدول 5- 9. مقایسهای بین اعداد پیش­بینی شده در روش ارائه شده در این تز، با روش دوّم و سوّم برای هدایت اولیه تلفیق دو الکترولیت در دمای 60ºC.. 137

جدول 5- 10. اعداد پیش-بینی شده با روش ارائه شده در این تز برای هدایت اولیّۀ تلفیق دو الکترولیت در دمای 60ºC   139

جدول 5- 11. خطای نسبی (σ_calc) محلولهای SDS با غلظتهای مختلفی از تلفیق دو الکترولیت در هر روش. 140

جدول 5- 12. خطای نسبی σcalc غلظتهای مختلف تلفیق دو الکترولیت، با استفاده از مقدارهای دقیق هدایت اولیّۀ نشان داده شده توسط سیستم هدایت­سنج در دمای 60ºC.. 144

 

 

 

 

 

فهرست شکل­ها

شکل 1- 1. نمایش ساده شده یک سیستم پلیمریزاسیون امولسیونی.. 18

شکل 1- 2. پلیمریزاسیون امولسیونی در حین مرحله I 19

شکل 1- 3. پلیمریزاسیون امولسیونی در حین مرحله II 20

شکل 1- 4. پلیمریزاسیون امولسیونی در حین مرحله III 21

شکل 1- 5. رفتارهای مختلف سرعت مشاهده شده در پلیمریزاسیون امولسیونی. 21

شکل 1- 6. مراحل پلیمریزاسیون امولسیونی در مکانیسم هسته‌زایی هموژن. 23

شکل 2- 1. حوادث مربوط به هسته گذاری ذرات در فاز پیوسته 39

شکل 2- 2. حوادث مرتبط با فاز پیوسته و فاز ذرّه پلیمری 39

شکل 2- 3. نحوه تبدیل انواع ذرّات به یکدیگر در مدل صفر – یك… 53

شکل 3- 1. اندازه گیری­های هدایت-سنجی برای محلولهای SDS در حضور الف) KPS ب)  Na₂CO₃در دمای 25ºC   62

شکل 3- 2. تأثیر الکترولیتهای اضافه شده بر روی غلظت بحرانی مایسل (CMC) SDS در دمای 25ºC.. 63

شکل 3- 3. اندازه گیریهای هدایت-سنجی برای محلولهای SDS در حضور الف) KPS ب)  Na₂CO₃در دمای 60ºC   65

شکل 3- 4. تأثیر الکترولیت اضافه شده بر روی غلظت بحرانی مایسل (CMC) SDS در دمای 60°C.. 66

شکل 4- 1. تغییرات كارایی شروع كننده با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 85

شکل 4- 2. تغییرات سرعت هسته­زایی همگنی با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 86

شکل 4- 3. تغییرات غلظت سورفكتانت آزاد در فاز پیوسته با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 86

شکل 4- 4. تغییرات غلظت مایسل در فاز پیوسته با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 87

شکل 4- 5. تغییرات هسته زایی مایسلی با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 87

شکل 4- 6. تغییرات هسته­زایی كلی با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 88

شکل 4- 7. تغییرات تعداد ذرات پلیمری دارای رادیكال پلیمریك به ازای واحد حجم فاز محلول ( ) با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 89

شکل 4- 8. تغییرات تعداد ذرات پلیمری بدون رادیكال به ازای واحد حجم فاز محلول ( ) با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 89

شکل 4- 9. تغییرات تعداد ذرات پلیمری دارای رادیكال مونومریك به ازای واحد حجم فاز محلول ( ) با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 90

شکل 4- 10. تغییرات تعداد متوسط رادیكالها به ازای ذرات ( ) با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 90

شکل 4- 11. تغییرات تعداد كل ذرات به ازای واحد حجم فاز پیوسته  با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 91

شکل 4- 12. تغییرات سطح كل ذرات پلیمری با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 91

شکل 4- 13. تغییرات حجم كل ذرات پلیمری به ازای حجم فاز پیوسته با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 92

شکل 4- 14. تغییرات ضریب نفوذ مونومر داخل ذرات پلیمری با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 93

شکل 4- 15. تغییرات ضریب سرعت انتشار نفوذی داخل ذرات پلیمری با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 93

شکل 4- 16. تغییرات غلظت مونومر داخل ذرات پلیمری با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 94

شکل 4- 17. تغییرات كسر حجمی پلیمر داخل ذرات پلیمری با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 95

شکل 4- 18. تغییرات غلظت مونومر داخل فاز پیوسته با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 95

شکل 4- 19. تغییرات حجم قطرات مونومری به ازای حجم فاز پیوسته با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 96

شکل 4- 20. تغییرات غلظت مونومربا زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 97

شکل 4- 21. تغییرات درجه تبدیل با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر، . 97

شکل 4- 22. تغییرات درجه تبدیل با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر، . 98

شکل 4- 23. تغییرات درجه تبدیل با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر، . 98

شکل 4- 24. تغییرات درجه تبدیل با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 99

شکل 4- 25. تغییرات سرعت پلیمریزاسیون با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 99

شکل 4- 26. تغییرات توزیع اندازه ذرات با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر . 100

شکل 4- 27. تغییرات توزیع اندازه ذرات با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر . 101

شکل 4- 28. تغییرات توزیع اندازه ذرات با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر . 101

شکل 4- 29. تغییرات توزیع اندازه ذرات با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 102

شکل 5- 1. پیشبینی مدل و دادههای تجربی هدایت برای تیتراسیون آب مقطر با SDS در دمای الف)25ºC  ب) 60ºC   108

شکل 5- 2. جذب سورفکتانت روی ذرّات پلیمر و تجمع سورفکتانت برای تشکیل مایسل.. 109

شکل 5- 3. تغییرات هدایت اولیه الکترولیت با غلظت نمک در الف) 25ºC ب) 60°C.. 113

شکل 5- 4. یکی از بهترین شکلها با حداقل خطای برآورد شده با کلیۀ روشها برای الکترولیتهای KPS و Na₂CO₃ در دو دمای الف) 25ºC ب) 60ºC.. 129

شکل 5- 5. یکی از بهترین شکلها با حداقل خطای برآورد شده برای محلولهای SDS با غلظتهای مختلفی از الکترولیتهای KPS و Na₂CO₃ با استفاده از مقدارهای دقیق هدایت اولیه نشان داده شده توسط سیستم هدایتسنج در الف) 25ºC ب) 60ºC.. 134

شکل 5- 6. یکی از بهترین شکلها با حداقل خطای برآورد شده در هر روش برای محلولهای SDS با غلظتهای مختلفی از تلفیق الکترولیتهای KPS و Na₂CO₃ 142

شکل 5- 7. یکی از بهترین شکلها با حداقل خطای برآورد شده با هدایت دقیق اولیه برای محلولهای SDS با غلظتهای مختلفی از الکترولیتهای KPS و Na₂CO₃ 145

شکل 5- 8. پیش­بینی هدایت الکتریکی واکنش پلیمریزاسیون امولسیونی نانو ذرّات پلیبوتادین به صورت Online  146

 

 

علامت		نشانه
	:	مساحت سطح کلی ذرات متورم
	:	پارامتر برهم کنش بین پلیمر وحلّال
	:	سطح احاطه شده با یک مولکول ماده فعّال سطحی
cmc	:	غلظت بحرانی مایسل
	:	ضریب نفوذ مونومر درفاز آبی
eil(r)	:	ثابت سرعت داخل الیگومرهای فاز آبی نوعi وطول زنجیرl به ذرّات
eli,micelle	:	ثابت سرعت داخل الیگومرهای فاز آبی نوعi وطول زنجیرl به مایسلها
f(r,t)	:	تابع دانسیته ذرات
FR(D)	:	نیروی دافعه بین ذرّات به فاصله D
Iw	:	اکسید کننده در فاز آبی
jcr	:	طول زنجیر بحرانی
z		طولی که در آن الیگومر فعال سطحی می­شود.
KB	:	ثابت بولتزمن
Kd	:	ثابت سرعت واكنش تجزیۀ آغازگر
Kdw	:	ضریب تقسیم منومر بین فازآبی و قطرات مونومر
kdMj(r)	:	ثابت سرعت دفع رادیکالهای منومریک از ذرّات
Kpw	:	ضریب تقسیم مونومر بین فازآبی و ذرّات
kpw,n	:	ثابت سرعت واکنش انتشاربا طولn  در فاز آبی
kr	:	ثابت سرعت واکنش آغازین
Ks	:	ضریب تقسیم ماده فعال سطحی بین فازآبی و ذرات
Ksd	:	ضریب تقسیم ماده فعال سطحی بین فازآبی و قطرات منومر
kt	:	ثابت سرعت واکنش اختتام در ذرات
ktw	:	ثابت سرعت واکنش اختتام پلیمر در فاز آبی
ktr	:	ثابت سرعت واکنش انتقال زنجیر پلیمر در ذرات
ktrw	:	ثابت سرعت واکنش انتقال زنجیر پلیمرنوع در فاز آبی
l	:	طول موثر یک جزء از زنجیر ماده فعال سطحی
L	:	طول بسط داده شده از ماده فعال سطحی جذب شده در فاز آبی
[Mi]p	:	غلظت مونومر i در ذرات
[Mi]psat	:	غلظت اشباع مونومر i در ذرّات
[Mi]w	:	غلظت مونومر i در فاز آبی
[Mi]wsat	:	غلظت اشباع مونومر i در فاز آبی
M	:	مولهای مونومر در راکتور
Mw	:	وزن ملکولی مونومر
NA	:	عدد آووگادو
	:	تعداد متوسط رادیکالهای فعال در ذرّات به شعاع r در زمان t
nave(t)	:	تعداد متوسط رادیکالهای فعال در تمامی ذرات در زمان t
P0w	:	رادیکالهای منومری در فاز آبی
Plw	:	الیگومر با طول زنجیر l در فاز آبی
r	:	شعاع ذره
rmicelle	:	شعاع مایسل
rnuc	:	شعاع هسته زایی
rs	:	شعاع ذرات متورم
Rw	:	رادیکال آغازگر
ST	:	تعداد کل مولهای ماده فعال سطحی در راکتور
Sw	:	غلظت ماده فعال سطحی آزاد
T	:	دمای راکتور
Vaq	:	حجم فاز آبی
Vd	:	حجم قطرات
Vp	:	حجم ذرات پلیمری غیر متورم
Vps	:	حجم ذرات متورم
	:	دبی مولی خوراک ماده i
	:	ویسکوزیته لاتکس
	:	ویسکوزیته آب
	:	دانسیته پلیمر
	:	دانسیته مونومر i
λi		هدایت معادل هر یک از گونه­های یونی
zi		ظرفیت گونه­ها
ci		غلظت مولی آبی
σcalc		هدایت محلول­های SDS با الکترولیت(هدایت کل سیستم پس از تیتراسیون)
σ0		هدایت اولیه محلول­ها با الکترولیت

– مقدمه

پلیمر به مولکولهای بسیار بزرگی اطلاق می­شودکه از واحدهایی متعدد و دارای اتصالات داخلی ساخته شده باشند. به عبارت دیگر، می­توان اینگونه اظهار نمود که پلیمرمولکول بزرگی است که از تعداد زیادی مولکولهای کوچکترساخته شده است. مولکولهای کوچکی که به­عنوان قطعات سازندۀ این مولکولهای بزرگ بکار می­روند، مونومر نامیده می­شوند]1[.

در این فصل، پس از تعریف واژۀ پلیمر و انواع پلیمریزاسیون، در این فصل، به گذر مختصری بر پلیمریزاسیون امولسیونی پرداخته و مکانیسم کلی آن را بررسی می­کنیم، مراحل کلی آن را شرح و بسط داده و به صورت شماتیک به تفسیر آن می­پردازیم. پس از آن گریز مختصری بر مونومر بوتادین داشته و خواص کلی این مونومر را توضیح می­دهیم. در نهایت، مروری خواهیم داشت بر کارهایی که در زمینۀ مدلسازی و شبیه­سازی پلیمریزاسیون امولسیونی تاکنون انجام شده است.

هدف نهایی این مطالعه کنترل توزیع اندازه ذرّات در راکتور ناپیوسته پلیمریزاسیون امولسیونی پلی­‌بوتادین می‌­باشد. همانطور كه اشاره شد در زمینۀ توزیع اندازه ذرّات در پلیمریزاسیون امولسیونی، مقالات اندکی وجود دارد. برای کنترل کامل توزیع اندازه ذرّات نیاز به شبیه­سازی و مدلسازی دقیق فرایند می­‌باشد. با توجه به طبیعت هتروژن محیط پلیمریزاسیون امولسیونی پدیده­های زیادی مانند هسته‌زایی، رشد ذرّه، دفع و جذب رادیکال­ها به ذرّات و … در سیستم روی می­‌دهد که همگی این پدیده­ها در مدلسازی دیده شده است. برای هر یک از این پدیده­ها، در مقالات روابط متعددی ارائه شده است که پس از بررسی، مناسبترین آنها انتخاب گردیده است.

در فصل دوم سینتیك پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین به طور کامل مورد بحث و بررسی قرار گرفته است و روش­های حل عددی معادلات موازنه جمعیتی ارائه شده، به اختصار توضیح داده شده است. در فصل سوم، پارامتر غلظت بحرانی مایسل (CMC) که یکی از پارامتر­های مجهول مدل است در دمای Cº25 و Cº60 (دمای راکتور) با استفاده از نتایج هدایت­سنجی محاسبه شده است و فرمولی برای این پارامتر در محلول در حضور یون­های شروع­کننده و سورفکتانت ارائه شده است. درفصل چهارم نتایج شبیه‌­سازی درجۀ تبدیل و توزیع اندازه ذرّات در پلیمریزاسیون امولسیونی آمده است. مدلسازی توزیع اندازه ذرّات در پلیمریزاسیون امولسیونی دارای ساختار موازنه جمعیتی می‌­باشد که شامل مجموعه‌ای از معادلات جزئی- انتگرالی و دیفرانسیل معمولی و جبری می­‌باشد که باید بطور همزمان حل شوند. چنانچه پیشتر گفته شد بدلیل اختلاف زیاد سرعت پدیده­های سیستم، معادلات بسیار سخت(Stiff) بوده و حل آنها بسیار مشکل است. پس از شبیه­سازی، نتایج آن با داده­های تجربی، مقایسه شده است. همچنین در این فصل، اثر پارامتر­هایی نظیر میزان اولیّه ماده فعال سطحی روی درصد تبدیل و توزیع اندازه ذرّات بصورت تجربی و به كمك شبیه­سازی بررسی شده است. در فصل پنجم هدایت الکتریکی سیستم بدون واکنش (تنها در حضور یون­های شروع­کننده و سورفکتانت در محلول) درهر دو دمای Cº25 و Cº60 (دمای راکتور) مورد بررسی قرار گرفته است و فرمول­های موجود در مقالات برای پیش­بینی هدایت الکتریکی سیستم ارائه شده است. پس از آن فرمولی برای پیش­بینی بهتر هدایت الکتریکی سیستم پیشنهاد شده است که صحّت این فرمول با داده­های تجربی گوناگونی بررسی شده است. در نهایت هدایت سیستم به صورت Online در دمای Cº60 (دمای راکتور) پیش­بینی شده است و نتایج قابل قبولی به دست آمده است که با نتایج تجربی توافق بسیار خوبی را نشان می­دهد.

 

تعداد صفحه : 189

قیمت : 14700تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***