Modelagem da Polimerização Simultânea de Estireno em Suspensão e Emulsão
Modeling Styrene Simultaneous Suspension and Emulsion Polymerization Systems
Lenzi, Marcelo K.; Lima, Enrique L.; Pinto, José Carlos
http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282004000200015
Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol.14, n2, p.112-121, 2004
Resumo
Apesar dos processos de polimerização em suspensão e emulsão serem processos heterogêneos, cada um origina características peculiares para a distribuição de tamanho de partículas, distribuição de pesos moleculares, taxa de nucleação das partículas de polímero, taxa de polimerização, entre outras. Neste trabalho, são realizadas polimerizações de estireno simultaneamente em suspensão e emulsão. A carga inicial do reator equivale à receita de uma polimerização em suspensão tradicional, enquanto os constituintes da emulsão são adicionados ao longo da batelada. Analisa-se como as propriedades finais do polímero e o curso da polimerização dependem do momento em que a carga característica da emulsão é adicionada à polimerização em suspensão. Apresenta-se, também, um modelo matemático para a descrição do sistema, sendo que o modelo proposto possui boa concordância com dados experimentais de conversão, pesos moleculares médios e curva de distribuição de pesos moleculares. A morfologia da partícula de polímero e os pesos moleculares médios mudam significativamente, dependendo do momento da adição da emulsão, podendo até mesmo ser obtidas curvas de distribuição de pesos moleculares bimodais. Verificou-se que as partículas apresentam características do tipo núcleo/casca, sendo o núcleo formado pelas partículas obtidas pela polimerização em suspensão e a casca formada pelas partículas do processo em emulsão.
Palavras-chave
Modelagem, morfologia núcleo/casca, polimerização simultânea, regime semi-batelada
Abstract
Although both emulsion and suspension polymerization processes are performed in heterogeneous media, each process presents its own typical characteristics, such as the particle size distribution, molecular weight distribution, polymer particle nucleation rates, rates of polymerization, and so on. In this work styrene polymerizations are carried out in suspension and emulsion processes simultaneously. The initial reactor charge resembles the recipe of standard styrene suspension polymerizations, while emulsion polymerization constituents are added during the batch. The influence of the moment when emulsion feed is started on the course of the polymerization and the effects on the polymer properties are analyzed. A mathematical model is developed to describe the behavior of the system. Simulation data obtained with the proposed model are in good agreement with experimental conversion, average molecular weight and molecular weight distribution data. It was observed that the polymer particle morphology and the average molecular weight change very significantly with the emulsion feed time and that such changes can lead to bimodal molecular weight distributions. Coreshell polymer particles were obtained, with the core being formed by polymer particles from the suspension polymerization process and the shell formed by polymer particles from the emulsion one.
Keywords
Modeling, core-shell, simultaneous polymerization, semi-batch
References
1. Latado,A.; Embiruçu,M.; Neto, A.G.M.; Pinto,J.C. Polym. Testing. 20, p.419 (2001).
2. Nele,M.; Pinto,J.C. Macromol. Theory and Simul.. 11, p. 293 (2002).
3. Bartus,J.; Janules,R.; Boswell,J.; Clark, J. US. Patent. Nº6.258.504 (2001).
4. Vicente,M.; Leiza,J.R.; Asua,J.M. Aiche J.. 47, p. 1594 (2001).
5. Maschio,G.; Bello,T.; Scali,C. Chem. Eng. Sci. 49, p. 5071 (1994).
6. Soares,J.B.P.; Kim,J.D. J. Pol. Sci. Part A: Pol. Chem. 38, p. 1408 (2000).
7. Vivaldo-Lima,E.; Wood,P.E.; Hamielec,A.E.; Penlidis,A. Ind. Eng. Chem. Res. 36, p. 939 (1997).
8. Dotson,N.A.; Galván,R.; Laurence,R.L.; Tirrel,M. - “Polymerization Process Modeling”. VCH, New York (1996).
9. Kiparissides,C. Chem. Eng. Sci., 51, p. 1637 (1996).
10. Machado,R.A.F.; Pinto,J.C.; P.H.H. Araújo,P.H.H.; Bolzan, A. Braz. J. Chem. Eng., 17, p. 395 (2000).
11. Odian,G. - “Principles of Polymerization”. John Wiley & Sons, New York (1991).
12. Araujo,O.; Giudici,R.; Saldivar,E.; Ray,W.H. J. App. Pol. Sci. 79, p. 2360 (2001).
13. valtchev,V. Chem. Mat.. 14, p. 956 (2002).
14. Cho,J.K.; Park,B.-D.; Lee,Y.-S. Tet. Lett. 41, p. 7481 (2000).
15. arshady,R. J. Chromat.. 586, p. 181 (1991).
16. ray,W.H. J. Macromol. Sci. – Rev. Macromol. Chem.. C08, p. 01 (1972).
17. bishop,R.H. - “Learning with Labview”. California, Addison-Wesley (1999).
18. Kalfas,G.; Ray,W.H. Ind. Eng. Chem. Res. 32, p. 1822 (1993).
19. Smith,W.V.; Ewart,R.H. J. Chem. Phys. 16, p. 592 (1948).
20. Kiparissides,C.; Seferlis,P.; Mourikas,G.; Morris,A.J. Ind. Eng. Chem. Res. 41, p. 6120 (2002).
21. Petzold,L.R. “A Description of DASSL: a Differential Algebraic System Solver”. Sandia National Laboratories. Report # SAND82-8637 (1982).
22. Lenzi, M. K.; Silva, F. M.; Lima, E. L.; Pinto, J. C. - J. App. Pol. Sci. 89, p. 3021 (2003).
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