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:

دکتر  فرشاد فرشچی تبریزی

دکتر  حسین آتشی کاشی

 

 

استاد مشاور:

دکتر  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) چکیدهبخش 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 کمک 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 الکتریکی 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 الکتریکی 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 مطالبفصل اول.. 1مروری بر فرایندهای پلیمریزاسیون.. 11-1- مقدمه. 21-2- تقسیم بندی پلیمرها بر اساس مکانیسم پلیمریزاسیون. 3پلیمریزاسیونهای زنجیرهای.. 5پلیمریزاسیونهای مرحلهای.. 5فقط مونومرهایی وارد واکنش میشوند که دارای مراکز فعّال (مانند رادیکال آزاد و یا یون) باشند. 5هردو مونومری که دارای دو عامل فعّال مختلف در دو سرخود باشند قابلیت وارد شدن در واکنش را دارند. 5غلظت مونومر به طور یکنواخت در طول واکنش کاهش مییابد. 5مونومرها بسرعت در مراحل اولیّۀ واکنش از بین میروند. 5پلیمرهایی با وزن مولکولی بالا به سرعت به وجود میآیند. 5وزن مولکولی زنجیرههای پلیمری همگی با هم به آهستگی در طول زمان افزایش مییابد. 5سرعت واکنش بسیار زیاد میباشد. 5سرعت واکنش آهسته و کند است. 5از ابتدای واکنش، زنجیرههایی با درجه تبدیل بالا بدست میآیند. 5برای بهدست آوردن زنجیرههایی با درجه تبدیل بالا میبایستی واکنش را تا بیش از90% ادامه داد. 5واکنش در چند مرحله، شروع، انتشار و اختتام انجام میپذیرد. 5واکنش فقط در یک مرحله صورت میپذیرد. 5فقط پلیمرهای خطی یا مولکولهایی با انشعابات کم را تولید میکند. 5مولکولهایی با ساختار متفاوت، از مولکولهای خطی سادۀ بدون شاخه تا شبکههای حجیم با اتصالات عرضی زیاد به دست میدهد. 51-2-1- واکنشهای پلیمریزاسیون رادیکال آزاد. 51-2-1-1- آغاز. 61-2-1-2- رشد (انتشار) 61-2-1-3- پایان. 61-2-1-4- انتقال زنجیر. 71-2-2- طبقه بندی روشها و یا سیستمهای پلیمریزاسیون بر اساس محیط واکنش... 71-2-2-1- پلیمریزاسیون همگن.. 81-2-2-1-1- روش پلیمریزاسیون تودهای (جرمی) (Bulk Polymerization) 81-2-2-1-2- روش پلیمریزاسیون محلولی (Solution Polymerization) 91-2-2-2- پلیمریزاسیون ناهمگن.. 101-2-2-2-1- روش پلیمریزاسیون تعلیقی (Suspension Polymerization) 101-2-2-2-2- روش پلیمریزاسیون امولسیونی (Emulsion Polymerization) 10روش پلیمریزاسیون.. 14مزایا 14معایب.. 14پلیمریزاسیون. 14تودهای.. 14فرآیند ناپیوسته. 14سادگی فرآیند، انعطاف پذیری، هزینۀ پایین جداسازی.. 14حرارت زایی واکنش، توزیع وزن مولکولی پهن، افزایش شدید ویسکوزیته و در نتیجه مشکل اختلاط و انتقال حرارت در حین واکنش    14فرآیند پیوسته. 14قابل کنترل بودن واکنش توسط درجه حرارت، قابل کنترل بودن وزن مولکولی، خواص محصولات و در نتیجه هزینه جداسازی پایین   14درجه تبدیل پایین، جدایی مونومر از پلیمر، نیاز به درجه حرارت بالا و در برخی مواقع نیاز به فشار بالا، چسبندگی پلیمربه دیواره راکتور 14پلیمریزاسیون محلولی.. 14نسبت 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 14هزینۀ استفاده از حلّال، آلودگی محیط به علت وجود حلّال، هزینۀ خشکسازی و جدا سازی، مشکل وجود پدیده انتقال رادیکال  14پلیمریزاسیون تعلیقی.. 14قابل 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.. 14عدم امکان استفاده از فرآیندهای پیوسته، نیاز به وجود همزن و افزودنیهای خاص، چسبندگی ذرات پلیمری به بدنه راکتور 14پلیمریزاسیون امولسیونی.. 14قابل 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.. 14نیاز به غلظت بالای امولسیفایر، نیاز به پایدارسازی ذرات، چسبندگی ذرات به بدنه راکتور 141-2-3- اهمیت پلیمریزاسیون امولسیونی.. 141-2-4- مکانیسم پلیمریزاسیون امولسیونی.. 151-2-5- مراحل پلیمریزاسیون امولسیونی.. 181-2-6- مکانیسم ایجاد ذرّه 221-2-6-1- هسته‌زایی مایسلی.. 221-2-6-2- هسته‌زایی همگن.. 231-2-6-3- هسته‌زایی قطرهای.. 231-2-7- پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 241-2-8- معرفی مونومر بوتادین.. 241-2-9- مواد مورد استفاده در پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 271-2-9-1- امولسیفایر. 271-2-9-2- شروع کننده. 281-2-9-3- بافر. 291-2-10- مروری بر کارهای انجام شده در زمینۀ شبیه سازی وکنترل توزیع اندازه ذرّات.. 29فصل دوم. 35سینتیک پلیمریزاسیون امولسیونی.. 352-1- مقدمه. 362-2- رخدادهای فاز پیوسته. 362-3- رخدادهای فاز قطرات مونومری.. 362-4- رخدادهای فاز ذرات پلیمری.. 372-5- مایسلهای متورّم شده با مونومر. 382-6- مدلسازی.. 422- 6-1- واکنشهای آغازین.. 422-6-2- الیگومرهای فاز آبی.. 432-6-3- هسته‌زایی.. 442-6-4- موازنۀ منومرها 452-6-5- موازنه ماده فعال سطحی.. 472-6-5-1- مدل صفر - یک... 482-6-5-2- مدل شبه توده. 492- 6-6- معادلات مدل شبه توده برای موازنه جمعیتی ذرات پلیمری.. 492-6-6-1- تعداد متوسط رادیکالها در ذّرات.. 502-6-6-2- رشد ذرات پلیمری.. 512-6-6-3- ورود الیگومرها به ذرّات.. 512-6-6-4- دفع الیگومرها از ذرّات.. 522-6-6-5- اختتام در داخل ذرّات.. 522-6-7- معادلات مدل صفر-یک برای موازنۀ جمعیتی ذرّات پلیمری.. 522-6-8- حل عددی معادلات موازنه جمعیتی.. 552-6-8-1- المان محدود (Finite Elements) 562-6-8-2- حجم/تفاضل محدود. 57فصل سوم. 59محاسبۀ CMC با استفاده از نتایج هدایت سنجی.. 593-1- مقدمه. 603-2- آزمایش... 613-3- تأثیرات الکترولیتها بر روی CMC در دمای 25ºC.. 623-4-1- تأثیر تک تک الکترولیتها بر روی CMC در دمای 60ºC.. 653-4-2- تأثیر تلفیق الکترولیتها بر روی CMC.. 68فصل چهارم. 70شبیهسازی امولسیونی پلیبوتادین و مقایسه با دادههای تجربی.. 704-1- مقدمه. 714-2- مدلسازی.. 734-2-1- مقیاس مدلسازی.. 734-2-2- مراحل مدلسازی در واکنشها و فرآیندهای پلیمریزاسیون. 744-2-3- روشهای انتخاب مدل در واکنشها و فرآیندهای پلیمریزاسیون. 754-3- مدلسازی سینتیکی پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 754-4- فرضیّات در نظر گرفته شده در طرح سینتیکی ارائه شده برای پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 764-5- حل معادلات حاصل شده در مدلسازی سینتیکی پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 774-5-1- گسسته سازی معادلات دیفرانسیلی جزیی موازنه جمعیتی.. 784-6- پارامترهای استفاده شده در مدلسازی سینتیکی پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 794-7- مقایسۀ نتایج حاصل از مدلسازی سینتیکی با دادههای آزمایشگاهی.. 814-7-1- شرح دستگاه و تجهیزات.. 814-7-2- روش آزمایش... 824-7-3- خوراک هر آزمایش... 844-7-4- پلیمریزاسیون با سدیم دودسیل سولفات.. 84فصل پنجم. 103پیشبینی هدایت در طول فرایند پلیمریزاسیون.. 1035-1- مقدمه. 1045-2- آزمایش... 1055-3- پیشبینی هدایت الکتریکی محلولها بدون واکنش شیمیایی.. 1065-3-1 پیشبینی هدایت الکتریکی محلولهای SDS در غلظتهای مختلفی از الکترولیتهای Na2CO3 و KPS در دمای 25ºC و 60ºC   1065-3-2 پیشبینی هدایت الکتریکی محلولهای SDS در غلظتهای مختلفی از تلفیق الکترولیتهای Na2CO3 و KPS در دمای 60ºC   1355-4- پیشبینی هدایت الکتریکی واکنش پلیمریزاسیون امولسیونی نانو ذرّات پلیبوتادین (به صورت Online) 146فصل ششم. 148نتیجه گیری و پیشنهادات.. 1486-1 نتیجهگیری.. 1496-2- پیشنهادات.. 150مراجع.. 152پیوستها 158محاسبه CMC در حضور 5/0 گرم Na2CO3 در محیط با تیتراسیون SDS در دمای 25°C.. 159محاسبه CMC در حضور 75/0 گرم KPS در محیط با تیتراسیون SDS در دمای 25°C.. 160محاسبه CMC در حضور 5/0 گرم Na2CO3 در محیط با تیتراسیون SDS در دمای 60°C.. 162محاسبه CMC در حضور 1 گرمKPS در محیط با تیتراسیون SDS در دمای 60°C.. 164فهرست جدول­هاجدول 1- 1. اختلافات موجود بین پلیمریزاسیونهای زنجیره ای و مرحله ای.. 5جدول 1- 2. مقایسه روشهای پلیمریزاسیون 14جدول 1- 3. خواص فیزیکی و ترمودینامیکی بوتادین. 26جدول 1- 4. خوراکهای استفاده شده در پلیمریزاسیون امولسیون بوتادین.. 27جدول 1- 5. لیست مقالات انجام گرفته در دهه گذشته براساس مدلهای موازنه جمعیتی . 32جدول 2- 1. رویدادهای سینتیکی داخل فاز پیوسته (آب) 40جدول 2- 2. رویداد های سینتیکی داخل فاز ذره پلیمر. 41جدول 2- 3. معادلات سینتیکی پلیمریزاسیون امولسیونی 42جدول 3- 1. ضرایب به دست آمده برای فرمول (3- 1). 63جدول 3- 2. مقادیر CMC سدیم دو دسیل سولفات (SDS) برای غلظتهای مختلف الکترویتهای اضافه شده در 25ºC   64جدول 3- 3. ضرایب به دست آمده برای فرمول (3- 2). 66جدول 3- 4. مقادیر CMC سدیم دو دسیل سولفات (SDS) برای غلظتهای مختلف الکترویت اضافه شده در دمای60°C   67جدول 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. 69جدول 4- 1. طرح سینتیکی در نظر گرفته شده برای پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 76جدول 4- 2. پارامتر­های استفاده شده درمدلسازی سینتیکی پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 79جدول 4- 3. پارامترهای بدست آمده با استفاده از مدلسازی سینتیکی پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 80جدول 4- 4. داده­ها برای سورفکتانت سدیم دو دسیل سولفات.. 80جدول 4- 5. مقادیر مواد استفاده شده در آزمایشات پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 84جدول 5- 1. مقادیر هدایت اولیه الکترولیتهایKPS  و  Na2CO3 در دمای الف) 25ºC ب) 60ºCکه دستگاه هدایت­سنج نشان می­دهد. 110جدول 5- 2. ضرایب معادله (5- 7) در دمای الف) 25ºC ب) 60ºC.. 112جدول 5- 3. ضرایب هدایت برآورد شده در روش دوّم در الف)ºC 25 ب) 60ºC.. 114جدول 5- 4 .ضرایب هدایت Gi و مقادیر هدایت معادل هر یک از گونه­های یونی (ºλi) برآورد شده در الف) ºC25 ب)60ºC   115جدول 5- 5. خطای نسبی هدایت اولیه (σo) غلظتهای مختلف الکترولیتهای Na2CO3 و KPS در هر روش الف) 25ºC ب) 60ºC   116جدول 5- 6. خطای نسبی (σcalc) غلظتهای مختلف الکترولیتهای Na2CO3 و KPS درمحلولهای SDS در هر روش در الف) 25ºC ب) 60ºC   120جدول 5- 7. خطای نسبی σcalc غلظتهای مختلف الکترولیت با استفاده از مقدارهای دقیق هدایت اولیه نشان داده شده توسط سیستم هدایت­سنج در الف) 25ºC ب) 60ºC.. 131جدول 5- 8. مقادیر هدایت اولیه، σo، غلظتهای مختلفی از تلفیق الکترولیتهای  Na2CO3و KPS در دمای 60ºC   135جدول 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.. 137جدول 5- 10. اعداد پیش-بینی شده با روش ارائه شده در این تز برای هدایت اولیّۀ تلفیق دو الکترولیت در دمای 60ºC   139جدول 5- 11. خطای نسبی (σcalc) محلولهای SDS با غلظتهای مختلفی از تلفیق دو الکترولیت در هر روش. 140جدول 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 شکل­هاشکل 1- 1. نمایش ساده شده یک سیستم پلیمریزاسیون امولسیونی.. 18شکل 1- 2. پلیمریزاسیون امولسیونی در حین مرحله I 19شکل 1- 3. پلیمریزاسیون امولسیونی در حین مرحله II 20شکل 1- 4. پلیمریزاسیون امولسیونی در حین مرحله III 21شکل 1- 5. رفتارهای مختلف سرعت مشاهده شده در پلیمریزاسیون امولسیونی. 21شکل 1- 6. مراحل پلیمریزاسیون امولسیونی در مکانیسم هسته‌زایی هموژن. 23شکل 2- 1. حوادث مربوط به هسته گذاری ذرات در فاز پیوسته 39شکل 2- 2. حوادث مرتبط با فاز پیوسته و فاز ذرّه پلیمری 39شکل 2- 3. نحوه تبدیل انواع ذرّات به یکدیگر در مدل صفر - یک... 53شکل 3- 1. اندازه گیری­های هدایت-سنجی برای محلولهای SDS در حضور الف) KPS ب)  Na2CO3در دمای 25ºC   62شکل 3- 2. تأثیر الکترولیتهای اضافه شده بر روی غلظت بحرانی مایسل (CMC) SDS در دمای 25ºC.. 63شکل 3- 3. اندازه گیریهای هدایت-سنجی برای محلولهای SDS در حضور الف) KPS ب)  Na2CO3در دمای 60ºC   65شکل 3- 4. تأثیر الکترولیت اضافه شده بر روی غلظت بحرانی مایسل (CMC) SDS در دمای 60°C.. 66شکل 4- 1. تغییرات کارایی شروع کننده با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 85شکل 4- 2. تغییرات سرعت هسته­زایی همگنی با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 86شکل 4- 3. تغییرات غلظت سورفکتانت آزاد در فاز پیوسته با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 86شکل 4- 4. تغییرات غلظت مایسل در فاز پیوسته با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 87شکل 4- 5. تغییرات هسته زایی مایسلی با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 87شکل 4- 6. تغییرات هسته­زایی کلی با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 88شکل 4- 7. تغییرات تعداد ذرات پلیمری دارای رادیکال پلیمریک به ازای واحد حجم فاز محلول ( ) با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 89شکل 4- 8. تغییرات تعداد ذرات پلیمری بدون رادیکال به ازای واحد حجم فاز محلول ( ) با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 89شکل 4- 9. تغییرات تعداد ذرات پلیمری دارای رادیکال مونومریک به ازای واحد حجم فاز محلول ( ) با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 90شکل 4- 10. تغییرات تعداد متوسط رادیکالها به ازای ذرات ( ) با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 90شکل 4- 11. تغییرات تعداد کل ذرات به ازای واحد حجم فاز پیوسته  با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 91شکل 4- 12. تغییرات سطح کل ذرات پلیمری با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 91شکل 4- 13. تغییرات حجم کل ذرات پلیمری به ازای حجم فاز پیوسته با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 92شکل 4- 14. تغییرات ضریب نفوذ مونومر داخل ذرات پلیمری با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 93شکل 4- 15. تغییرات ضریب سرعت انتشار نفوذی داخل ذرات پلیمری با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 93شکل 4- 16. تغییرات غلظت مونومر داخل ذرات پلیمری با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 94شکل 4- 17. تغییرات کسر حجمی پلیمر داخل ذرات پلیمری با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 95شکل 4- 18. تغییرات غلظت مونومر داخل فاز پیوسته با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 95شکل 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. 96شکل 4- 20. تغییرات غلظت مونومربا زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 97شکل 4- 21. تغییرات درجه تبدیل با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر، . 97شکل 4- 22. تغییرات درجه تبدیل با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر، . 98شکل 4- 23. تغییرات درجه تبدیل با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر، . 98شکل 4- 24. تغییرات درجه تبدیل با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 99شکل 4- 25. تغییرات سرعت پلیمریزاسیون با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 99شکل 4- 26. تغییرات توزیع اندازه ذرات با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر . 100شکل 4- 27. تغییرات توزیع اندازه ذرات با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر . 101شکل 4- 28. تغییرات توزیع اندازه ذرات با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر . 101شکل 4- 29. تغییرات توزیع اندازه ذرات با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 102شکل 5- 1. پیشبینی مدل و دادههای تجربی هدایت برای تیتراسیون آب مقطر با SDS در دمای الف)25ºC  ب) 60ºC   108شکل 5- 2. جذب سورفکتانت روی ذرّات پلیمر و تجمع سورفکتانت برای تشکیل مایسل.. 109شکل 5- 3. تغییرات هدایت اولیه الکترولیت با غلظت نمک در الف) 25ºC ب) 60°C.. 113شکل 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.. 129شکل 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.. 134شکل 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 142شکل 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 145شکل 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 واکنش 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 که 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 سینتیک 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 کمک 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 : 189قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

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

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        info@arshadha.ir

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.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید