Polímeros: Ciência e Tecnologia
https://revistapolimeros.org.br/article/doi/10.1590/S0104-14282002000400009
Polímeros: Ciência e Tecnologia
Scientific & Technical Article

Modelagem e Simulação da Polimerização Termo e Foto-Iniciada de Resinas Di-Carbonato Di-Alila do Etileno Glicol para a Produção de Lentes Oftálmicas

Modeling and Simulation of Thermal and Photoinitiated Polymerization of Diethylene Glycol Bis(Allyl Carbonate) for Optical Applications

Brogna, Fábio M. S.; Ravagnani, Sergio P.

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Resumo

O polímero termofixo conhecido comercialmente como CR-39 é amplamente utilizado em aplicações ópticas. No processo convencional, utilizam-se peróxidos orgânicos como termo-iniciadores da polimerização. Devido à natureza altamente exotérmica da reação de polimerização, esse processo deve ser conduzido em baixas temperaturas e ocorre lentamente para se evitar defeitos, especialmente no caso de se produzir lentes mais espessas. A utilização de foto-iniciação com ultravioleta, por exemplo, permite uma polimerização mais rápida e reduz os efeitos exotérmicos da reação; por outro lado, a alta taxa de reação e a rápida liberação de calor podem causar defeitos nas lentes. O conhecimento dos perfis de temperatura e de conversão dentro do material durante a polimerização é essencial para se otimizar os processos, tanto termo quanto foto-iniciado. Neste trabalho são estudados modelos para simular esses processos. Os balanços de massa e de energia resultam em equações diferenciais parciais que são resolvidas através do método da Colocação Ortogonal e do método de Runge-Kutta-Gill.

Palavras-chave

Modelagem e simulação, lentes, fotopolimerização, CR-39

Abstract

A thermosetting plastic material commercially known as CR-39 is widely used in optical applications. Thermal initiation with peroxides is used in the conventional process. Because of the highly exothermic nature of the reaction, it must be carried out at extended periods of time and at relatively low temperature to avoid defects in the final material, especially for the fabrication of thick lenses. The use of a non-thermal initiation process, such as with UV radiation-sensitive photoinitiators, allows a faster polymerization and reduces the exothermic effects; on the other hand, the high reaction rates and the resulting exothermic effects can cause defects in the lenses. The knowledge of the conversion and temperature profiles within the thick material during polymerization is essential for the optimization of both processes. In this work models are studied to simulate those processes. The mass and energy balances result in partial differential equations that are solved by orthogonal collocation and Runge-Kutta-Gill methods.

Keywords

Modeling and simulation, lenses, photopolymerization, CR-39

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