مدل سازی توزیع اندازه ذرات به روش بیلان جمعیت در پلیمریزاسیون امولسیونی استایرن با حضور مخلوط دو ماده فعال سطحی

در پلیمریزاسیون امولسیونی، اندازه متوسط و توزیع اندازه ذرات پارامترهای تأثیرگذار بر کیفیت نهایی محصول پلیمری می باشند. در این تحقیق یک مدل دقیق برای توزیع اندازه ذرات در پلیمریزاسیون امولسیونی استایرن بر مبنای معادلات بیلان جمعیت توسعه داده شده است که در برگیرنده پدیده های هسته سازی، رشد ذره و انعقاد ذرات می باشد. همچنین اثر مخلوط دو ماده فعال سطحی (یونی و غیریونی) برروی مدل سازی توزیع اندازه ذرات مورد بررسی قرار گرفته و روابط تئوری برای محاسبه سرعت انعقاد ذرات در حضور مخلوط دو ماده فعال سطحی ارائه گردیده است. در مدلسازی، تمام فرآیندهای پیچیده موجود در پلیمریزاسیون امولسیونی در نظر گرفته شده است. هسته سازی به هر دو روش مایسلی و همگن فرض گردیده و در درصد تبدیل بالا، نفوذ مونومرها درون ذرات کنترل کننده سرعت رشد ذرات در نظر گرفته شده است. در این مطالعه همچنین تأثیر تغییر کسر مولی ماده فعال سطحی غیریونی در مخلوط sds (به عنوان ماده فعال سطحی آنیونی) و brij35® (به عنوان ماده فعال سطحی غیریونی) بررسی شده است. برای اعتبارسنجی نتایج حاصل از شبیه سازی مخلوط دو ماده فعال سطحی، از نتایج تجربی پلیمریزاسیون امولسیونی استایرن به صورت ناپیوسته و در دمای 50 درجه سانتیگراد در حضور ترکیبات مختلفی از مخلوط مواد فعال سطحی فوق استفاده گردید. غلظت بحرانی مخلوط دو ماده فعال سطحی نیز به روش کشش سطحی اندازه گیری شد. برای حل معادلات بیلان جمعیت نیز از روش عددی حجم محدود استفاده شده است. نتایج نشان می دهند با افزایش کسر مولی ماده فعال غیریونی در مخلوط مواد فعال سطحی، به دلیل کاهش پایداری ذرات و افزایش سرعت انعقاد، تعداد کل ذرات کاهش می یابند. همچنین اندازه ذرات بزرگتر و پهنای منحنی توزیع افزایش می یابد. با افزایش کسر مولی ماده فعال غیریونی و کاهش تعداد کل ذرات، درصد تبدیل نیز کاهش می یابد. در کلیه موارد، نتایج شبیه سازی و تجربی تطابق خوبی را نشان می دهند. در بخش دیگری از این تحقیق اثر پارامترهایی نظیر غلظت اولیه ماده فعال سطحی آنیونی و غیریونی، آغازگر و دما در سیستمی با یک نوع ماده فعال سطحی بر روی درصد تبدیل و توزیع اندازه ذرات به کمک شبیه سازی بررسی گردیده است. بر اساس نتایج حاصله با افزایش غلظت اولیه ماده فعال سطحی یونی، به علت افزایش سرعت هسته سازی تعداد ذرات و درصد تبدیل بیشتر می شود و اندازه ذرات و پهنای منحنی توزیع اندازه ذرات کاهش می یابد. با افزایش بیشتر غلظت اولیه آغازگر، به علت افزایش سرعت انعقاد ذرات، تعداد کل ذرات و درصد تبدیل کاهش یافته، و اندازه ذرات و پهنای منحنی توزیع اندازه ذرات افزایش می یابد. رفتار مشابهی نیز با افزایش غلظت اولیه آغازگر، مشاهده می گردد. شبیه-سازی نشان می دهد با افزایش دما، درصد تبدیل افزایش یافته، اندازه ذرات کاهش می یابد و توزیع اندازه ذرات باریکتر می گردد و بالاخره این که با افزایش غلظت اولیه ماده فعال سطحی غیریونی، تعداد کل ذرات و درصد تبدیل افزایش یافته و و اندازه ذرات کاهش می یابد و توزیع اندازه ذرات پهن تر می گردد.