دانلود تحقیق با موضوع فرآیندها و سیستم ها


Widget not in any sidebars

مونومر متیل متاکریلات را به چهار روش مختلف می توان پلیمریزه کرد :
پلیمریزاسیون توده ای
پلیمریزاسیون محلولی
پلیمریزاسیون امولسیونی
پلیمریزاسیون تعلیقی
در این پروژه روش تعلیقی، روش مورد نظر ما است.
پلیمریزاسیون تعلیقی
یکی از اهداف مهم در فرآیندهای پلیمریزاسیون دست یابی به وزن مولکولی بالاست که معمولا به ویسکوزیته بالا هم منجر می شود. برای رفع مشکل فوق می توان از واردکردن حلال و یا از محیط های واسطه با ویسکوزیته پایین مثل آب به عنوان فاز پیوسته و پلیمر به عنوان فاز پراکنده استفاده کرد. درحقیقت روش تعلیقی برای جبران نقایص پلیمریزاسیون توده ای به کار می رود. به عبارت دیگر پلیمریزاسیون تعلیقی به سیستم هایی گفته می شود که درآن مونومر به صورت ذرات معلق(فازناپیوسته) در یک فازپیوسته که معمولا آب است پلیمریزه می گردد. در فاز پیوسته از یک پایدارکننده استفاده می شود تا از تجمع ذرات مونومری دراین فاز جلوگیری شود .در ابتدای واکنش، قطرات مونومری، حاوی شروع کننده در فاز پیوسته (آب) پخش می شوند و پلیمریزاسیون در داخل قطرات اتفاق می افتد. درواقع در هر یک از قطرات مونومری پلیمریزاسیون توده ای در حال انجام است.
چون فاز پیوسته در پلیمریزاسیون تعلیقی به عنوان عامل انتقال حرارت عمل می کند، کنترل حرارت سیستم نسبت به پلیمریزاسیون های دیگرنظیر پلیمریزاسیون توده ای آسان تر است. همچنین عدم نیاز به بازیابی حلال از مزایای دیگر این روش نسبت به روش محلولی است. درپایان واکنش، معمولا محصول نهایی به صورت دانه های ریز هستندکه پس از تخلیه راکتور کاملا شسته شده وخشک می شوند. اندازه دانه های پلیمری تولید شده به روش پلیمریزاسیون تعلیقی معمولا در محدوده µm10 تا mm 5 قرار داردکه به دلیل دانه ای شکل بودن برای مصارف خاص استفاده می شوند.
حلالیت مونومر ها در آب اثر قابل توجهی بر سرعت پلیمریزاسیون و وزن مولکولی پلیمر های تولید شده میگذارد. به عنوان مثال حلالیت مونومر متیل متاکریلات در آب در حدود %1.8است که از میزان حلالیت مونومر استایرن در آب که در حدود %0.062 است بسیار بیشتر گزارش شده است [9].
مهمترین مشکل در این روش، علاوه بر تشکیل پلیمر بر روی دیواره راکتور، تیغه های همزن و بافلها چسبندگی ذرات بهم استکه برای جلوگیری از آن باید تغییراتی موثر درعوامل مختلف ایجاد گردد که عبارتند از، دور همزن و غلظت پایدار کننده.
دور همزن
اختلاط مکانیکی محتویات راکتور، به منظور حفظ حالت تعلیق ضروری است. برای پلیمر هایی که در مونومرهای خود حل می شوند، وقفه در هم زدن یا هم زدن بیش از حد یا کمتر از میزان لازم ممکن است سبب تجمع قطرات درحین پلیمریزاسیون گردد. زیرا در طول پلیمریزاسیون، قطرات ناکامل پلیمریزه میشوند وحالت چسبندگی پیدا می کنند. هم چنین کنترل سرعت برخورد قطرات به یکدیگر وکنترل توزیع و اندازه قطرات پیچیده و بسیار مهم است. به همین دلیل پلیمریزاسیون تعلیقی برای پلیمرهایی همانند الاستومرها که ذاتا چسبنده هستند مناسب نیست زیرا ناخواسته ضمن پلیمریزاسیون به هم می چسبند.
به همین علت در سیستم هایی نظیر پلیمریزاسیون تعلیقی مونومر های متیل متاآکریلات و یا استایرن، مبحث اختلاط مشکل تر خواهد بود. زیرا مونومر ازآب سبک تر است و باید در ابتدای واکنش مونومر از سطح فاز پیوسته به داخل محیط پلیمریزاسیون کشیده شود و با اختلاط در فاز آبی پراکنده شود. در صورتی که در پایان واکنش پلیمر از آب سنگین تر خواهد شد و باید از ته نشین شدن آن جلوگیری کرد تا به محیط پلیمریزاسیون بازگردد.
غلظت پایدار کننده
تشکیل یک قطره پایدار پراکنده معمولا علاوه بر دور همزن به عامل پایدارکننده نیز بستگی دارد. میزان غلظت پایدارکننده بر روی اندازه قطرات تاثیر گذار است. هر چقدر که میزان پایدارکننده افزایش یابد اندازه ذرات ریزتر می شود و بالعکس. اگر عامل معلق ساز کمتر باشد حتی پلیمر هایی که در مونومر خود حل نمی شوند نیز به یکدیگر خواهند چسبید.
در پلیمریزاسیون تعلیقی عوامل پایدارکننده اغلب از مواد پلیمری ویا ذرات معدنی هستند. پایدارکننده عملا یک عامل فعال سطحی است که شامل بخشهای آب دوست و آلی دوست می باشد و به صورت لایه ای اطراف مونومر را پوشش می دهد به طوریکه در سطح مشترک آب / مونومر جذب می شود و از انعقاد قطرات به یکدیگر جلوگیری می نماید و آنها را پایدار می سازد. هم چنین کشش بین سطحی راکاهش میدهد و شکست قطرات را راحت تر می کند [10].
پلی وینیل الکل (PVA) و پلی وینیل پیرولیدون (PVP) و سلولز اترها پایدار کننده های پلیمری معروفی هستند که با ساز و کار پایدارکنندگی فضایی، پایداری قطرات را به عنوان فاز پراکنده حاصل می کنند.
پلی وینیل الکل عموما به عنوان پایدارکننده در سیستم های تعلیقی استفاده می شود که درجه هیدرولیز و وزن مولکولی آن بر قدرت پراکندگی و پایدارکنندگی آن موثر است. اگر پلی وینیل الکل به میزان بالایی هیدرولیزشود (بالای %96) به سمت قطبی بودن پیش می رود و رفتار آب دوستی بیشتر درآن دیده می شود. در نتیجه نمی تواند در سطح مشترک آب / مونومر جذب شود و به خوبی مانع انعقاد قطرات از یکدیگر شود و در نهایت منجر به ناپایداری پراکندگی میگردد. همچنین اگر وزن مولکولی پلی وینیل الکل بالا باشد (بالای 70000)، ضخامت لایه پلی وینیل الکل جذب شده بر روی قطرات بیشتر می شود و درنتیجه فعالیت سطحی بر واحد وزن کمتری خواهد داشت. اگر میزان هیدرولیز PVA در حدود %88 و میزان وزن مولکولی آن بیشتر از 70000 باشد پراکندگی ها با پایداری متوسط شکل خواهد گرفت و پلیمریزاسیون بدون هیچ مشکلی انجام شده و دانه های پلیمری ایجاد می شوند [11].
تعدادی از رزین های تجاری مهم توسط روش تعلیقی تولید می شوند که عبارتند از :
پلی وینیل کلراید و کوپلیمر های آن.
انواع رزین های استایرن شامل (پلی استایرن ، انواع مشتقات پلی استایرن با خاصیت ضربه پذیری بالا (HIPS) ،پلی استایرن-آکریلو نیتریل (SAN) ، پلی آکریلو نیتریل – بوتادی ان – استایرن(ABS) ، انواع رزین های تبادل یونی استایرنی
پلی متیل متاکریلات و مشتقات آن
پلی وینیل استات و …