تحصيلات تکميلي

نام و نام خانوادگي : مهدي پورمهر

دانشکده : فني و مهندسي

استاد راهنما : دکتر اميرحسين نوارچيان

تاريخ دفاع : 24/11/86

رشته و گرايش : مهندسي شيمي

استاد مشاور : دکتر مهدي قافله باشي

بررسي تاثير عوامل فرآيندي بر روي اندازه متوسط و توزيع اندازه ذرات (PSD) در پليمريزاسيون امولسيوني وينيل کلرايد در واكنشگاه ناپيوسته

چکيده

اندازه متوسط و توزيع اندازه ذرات پلي وينيل کلريد توليدي به روش پليمريزاسيون امولسيوني يکي از مهمترين خواصي است که بر روي فرآيند پذيري و کيفيت محصولات نهايي مؤثر است. در اين تحقيق، پليمريزاسيون امولسيوني وينيل کلريد در يک راکتور ناپيوسته آزمايشگاهي مورد مطالعه قرار گرفته و تأثير عوامل فرآيندي دما، دور همزن، غلظت امولسيفاير، غلظت آغازگر و نسبت وزني آب به مونومر بر روي اندازه متوسط و توزيع اندازه ذرات پلي وينيل کلريد و همچنين بازده رأکتور بررسي گرديد.

براي تعيين ميزان و نحوه تأثير عوامل فرآيندي بر روي پاسخ سيستم (اندازه متوسط و توزيع اندازه ذرات، و بازده واکنش) آزمايش هاي لازم به روش تاگوچي طراحي گرديد و نتايج حاصل از طريق روش های آماري مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت. جهت سنجش اندازه متوسط و توزيع اندازه ذرات، از ميکروسکوپ الکتروني روبشي استفاده شد. براي تعيين دقيق اندازه ذرات در تصاوير حاصل از ميکروسکوپ الکتروني، از نرم افزار پردازش تصوير سيگما اسکن پرو1 استفاده گرديد. دقت عملکرد اين نرم افزار، با نرم افزاري که به همين منظور از طريق برنامه نويسي کامپيوتري نوشته شد، مقايسه گرديد.

نتايج حاصل از تحليل آماري نشان مي دهد که اندازه متوسط ذرات به شدت به غلظت امولسيفاير وابسته است و با افزايش غلظت امولسيفاير اندازه متوسط ذرات کاهش مي يابد. غلظت آغازگر عامل ديگري است كه اندازه متوسط ذرات (به نسبت سه برابر کمتر از غلظت امولسيفاير) به آن بستگي دارد و بقيه عوامل نيز در محدوده سطوح مورد بررسي در اين تحقيق بر روي اندازه متوسط ذرات داراي اثر ناچيز هستند. به غير از غلظت آغازگر ساير عوامل، يعني دور همزن، نسبت وزني آب به مونومر، دما و غلظت امولسيفاير به ترتيب ذکر شده بر روي توزيع اندازه ذرات مؤثرند. انعقاد ذرات، در اثر افزايش دما يا دور همزن شديد مي شود. اگرچه انعقاد ذرات بر اثر افزايش دما يا دور همزن بر روي اندازه متوسط ذرات اثر کمي داشته ولي به شدت بر روي توزيع اندازه ذرات موثر بوده است. با توجه به تأثير بيشتر دور همزن نسبت به دما، به نظر مي رسد انعقاد برشي بيشتر از انعقاد براوني بر اين سيستم حاکم است. افزايش نسبت وزني آب به مونومر موجب مي شود تا طول دوره هسته سازي همگن (به دليل کاهش دادن ميزان مونومر در سيستم و درنتيجه کاهش ميزان هسته سازي همگن) افزايش يافته و در نتيجه توزيع اندازه ذرات نيز پهن تر  شود.

از سوي ديگر بررسي تاثير عوامل فرآيندي بر بازده واکنش نشان داده است که دور همزن و غلظت امولسيفاير در محدوده سطوح بررسي عوامل بيشترين اثر را (در مقايسه با ساير عوامل) دارا مي باشند. اما غلظت امولسيفاير از بعد از غلظت بحراني مايسل تأثير چنداني بر روي بازده ندارد. اين امر به دليل تعداد زياد مايسل نسبت به راديکال آزاد موجود در سيستم نسبت داده شده است. افزايش دما و نسبت وزني آب به مونومر به ترتيب باعث افزايش و کاهش بازده شده اند.

با استفاده از طراحي آزمايش ها مي توان شرايط بهينه نسبي را براي رسيدن به پاسخ هاي مطلوب مختلف تعيين کرد. علاوه بر اين، معيار ازيابي کلي 2(OEC) در طراحي آزمايش ها اين امکان را فراهم مي آورد که شرايط بهينه براي حالتي که بهينه کردن چند پاسخ به طور همزمان مدنظر باشد، نيز تعين گردد. بنابراين، در اين تحقيق شرايط بهينه براي حالتي که يک مقدار مطلوب براي اندازه متوسط و توزيع اندازه ذرات (به عنوان نمونه اندازه و توزيع اندازه ذرات مناسب براي کاربردهاي خميري) به همراه حداکثر بازده مد نظر است، تعيين شده است.

واژه هاي کليدي: پلي وينيل کلريد، پليمريزاسيون امولسيوني، اندازه متوسط ذرات، عوامل فرآيندي، ميکروسکوپ الکتروني روبشي

[1]- Sigma scan pro5 

[2]- Overall Evaluation Criteria