átlagos molekulatömegére

A monomer kezdeti cseppméreteloszlásának hatása a polimer termékek átlagos molekulatömegére

Bárkányi Ágnes, Németh Sándor, Lakatos G. Béla Pannon Egyetem Mérnöki Kar, Folyamatmérnöki Intézeti Tanszék 8200,Veszprém Egyetem u. 10.

AIK’11, Kaposvár, 2011.02.25.

Tartalomjegyzék

Cél

Szuszpenziós polimerizáció

Polimerizáció modellezése

Eredmények

Következtetések

Monomer kezdeti cseppméret-eloszlásának hatása..., AIK'11, Kaposvár, 2011.02.25.

2/18

Cél

Végtermék tulajdonságainak tervezhetősége

Matematikai modell és szimulátor

Paraméter optimalizálás


3/18

Modellezés lépései

Folyamatok megismerése

Változók és változók közötti kapcsolatok meghatározása (lehetőleg mérhető)

Megfelelő egyenletek megalkotása és megoldása


4/18

Szuszpenziós polimerizáció

Alapanyagok: monomer, iniciátor, stabilizátorok

Diszperz fázis kialakítása intenzív kevertetéssel

Polimerizációs folyamatok a diszpergált monomer cseppekben


5/18

Polimerizáció három szakasza

Monomerben gazdag fázis (X<0,1%)

Monomerben és polimerben gazdag fázisok (0,1%<X<Xkrit)

Polimerben gazdag fázis (X>Xkrit)


6/18

Modellezés

Populációmérleg-modellel ◦ Nagy számítás igény ◦ Sok információ

Momentum módszer ◦ Kisebb számítás igény ◦ Átlag tulajdonságok (pl. tömegátlagos molekulatömeg)


7/18

Modellezésnél figyelembe vett reakciók

Iniciátor termikus bomlása (1): Láncinicializálás (2): Növekedés (3): Lánc átadás (4): Letörés (5):

d I → 2I ∗

k

d I ∗ + M → R1

k

k

p R1 + M → R2

k

p R2 + M → R3

....

k

ktM tM  → R2 + P2 R1 + M  → R1 + P1 R2 + M 

k

t Ri → Pi

k

tc Ri + R j → Pi + j

.... k

td Ri + R j → Pi + Pj


8/18

Mikrokeveredés

Cseppek ütközése révén anyagtranszport

Cseppekben játszódnak le a reakciók

Leírása: populációmérleg-modell ◦ Nagy számítás igény ◦ Monte Carlo módszer (sztochasztikus megoldó módszer)


9/18

Mikrokeveredés leírására szolgáló populációmérleg-egyenlet

∂n (v , c , t )  dc  + ∇ c ⋅  n (v , c , t ) = − n (v , c , t )α b (v ) + ∫ β b (v , υ )α b (υ )n (υ , c , t )d υ ∂t  dt  v ∞

∞

v

0

0

− ∫ β a (v , υ )n (v , c , t )n (υ , c , t )d υ + ∫ β a (v − υ , υ )n (v − υ , c , t )n (υ , c , t )d υ + M iK [n (v , c , t )] M iK

[ p(c, t )] = − Scol π 0 (t )

S + col π 0 (t )

cm cm 1 K

2K

∫ ∫ ∫ ∏ ωk 0 0 0 k =1

cm cm 1 K

2K

∫ ∫ ∫ ∏ ωk 0 0 0 k =1

 2(ck − ck ')

δ ck  

ωk

 2(ck '−ck )

δ ck  

ωk

  + ck  − ck "Fω (dω ) p (c' , t ) p (c" , t )dc' dc"  

  + ck '  − ck "Fω (dω ) p (c' , t ) p (c" , t )dc' dc"  


10/18

A szimulátor sémája


11/18

Kezdeti cseppméret-eloszlás

Fontos: cseppekben zajlik a polimerizáció

Függ: keverő fordulatszámától

Különböző fordulatszám – különböző cseppméret

Kisegítő program


12/18

Kezdeti cseppméret-eloszlások 140

200

150

csepp szám (db)

csepp szám (db) (1)

120

100

50

100 80 60 40 20

0 0

10

20 30 40 csepp átmérő (mikrométer) (2)

50

0 0

60

10

D = 30 µm, N ≈ 600 rpm

30 40 50 60 csepp átmérő (mikrométer)

70

80

90

160

180

D = 41 µm, N ≈ 500 rpm

200

120

150

csepp szám (db)

csepp szám (db)

20

100

100 80 60 40

50

20 0 0

50 100 csepp átmérő (mikrométer)

D = 58 µm, N ≈ 350 rpm

150

0 0

20

40

60 80 100 120 csepp átmérő (mikrométer)

140

D = 87 µm, N ≈ 250 rpm


13/18

Kezdeti cseppméret-eloszlások 120

100

csepp szám (db)

80

80 60 40

60 40 20

20 0 0

50

100 150 csepp átmérő (mikrométer)

0 0

200

D = 102 µm, N ≈ 150 rpm

50

100 150 200 csepp átmérő (mikrométer)

250

D = 116 µm, N ≈ 100 rpm

80 70 csepp szám (db)

csepp szám (db)

100

60 50 40 30 20 10 0 0

50

100 150 200 csepp átmérő (mikrométer)

250

300

D = 139 µm, N ≈ 70 rpm


14/18

Tömegátlagos molekulatömeg alakulása 1.3

x 10

5

Mw (g/mol) (1)

1.2 1.1 1 0.9 0.8 0

200

400

600

800

D=30 D=41 D=58 D=87 D=102 D=116 D=139 1000

t (s) (2)


15/18

Mekkora is ez a különbség?

Fikentscher féle K-érték ◦ Mw ≈ 110000 g/mol

K≈60

◦ Mw ≈ 125000 g/mol

K≈65

◦ PVC-porok osztályozása felhasználás szempontjából

Felhasználás szempontjából különböző tulajdonságú termékek

Tehát minőségi eltérést eredményez a kezdeti cseppméret-eloszlás megváltozása Monomer kezdeti cseppméret-eloszlásának hatása..., AIK'11, Kaposvár, 2011.02.25.

16/18

Következtetések

Fontos ennek a területnek a további kutatása

Még számos paraméter hatását vizsgálni kell (pl. iniciátor elosztás, ütközések frekvenciája)

Hő mérleg beépítése a modellbe (polimerizáció erősen exoterm)

Validálás lehetőségének megteremtése Monomer kezdeti cseppméret-eloszlásának hatása..., AIK'11, Kaposvár, 2011.02.25.

17/18

Köszönöm a figyelmet! Köszönetnyilvánítás Köszönetet mondunk a TAMOP-4.2.2-08/1/2008-0018 (Élhetőbb környezet, egészségesebb ember - Bioinnováció és zöldtechnológiák kutatása a Pannon Egyetemen, MK/2) projekt anyagi támogatásáért. Ez a munka az OTKA támogatásával a K77955 számú kutatási projekt keretében készült.


átlagos molekulatömegére

Recommend Documents