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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2010.tde-19012011-112636
Document
Auteur
Nom complet
Giovane Marinangelo
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2010
Directeur
Jury
Giudici, Reinaldo (Président)
Guardani, Roberto
Palma, Mauri Sérgio Alves
Sayer, Claudia
Souza, Márcio Nele de
Titre en portugais
Copolimerização em emulsão de estireno e acrilato de butila com alto teor de sólidos: estudo experimental e modelagem matemática do processo em reator semicontínuo.
Mots-clés en portugais
Alto teor de sólidos
Distribuição de tamanhos de partículas
Modelos matemáticos
Polimerização em emulsão
Resumé en portugais
Neste trabalho estudou-se a copolimerização em emulsão de estireno e acrilato de butila em processo semicontínuo onde o produto final é um látex com alto teor de sólidos. Foi dado enfoque à distribuição de tamanhos de partículas do látex e seus efeitos no produto. Foi realizada uma série de experimentos de copolimerização em emulsão em um reator de vidro, empregando receitas com teores de sólidos de até 64% em massa. Durante os experimentos, amostras eram retiradas periodicamente do reator visando analisar o teor de polímeros (conversão dos monômeros) por gravimetria, a concentração de monômero residual por cromatografia gasosa headspace, o diâmetro médio das partículas por espectroscopia de espalhamento dinâmico de luz e a distribuição de tamanhos de partículas por microscopia eletrônica de transmissão. A viscosidade do látex final era obtida em viscosímetro Brookfield. Aplicando estratégias para renucleação de novas partículas no decorrer do processo, foram obtidos látices com distribuição bimodal de tamanhos de partículas e com viscosidades reduzidas. Aplicou-se um modelo matemático para descrever o processo, incluindo a evolução no tempo da distribuição de tamanhos de partículas, calculada a partir de equações de balanço populacional para as partículas e para os radicais dentro das partículas. Para a solução das equações empregou-se discretização por método de classes e a técnica de pivô fixo. O modelo tem apenas dois parâmetros ajustáveis, referentes às eficiências de captura de radicais por micelas e por partículas. Estes parâmetros foram ajustados para os dados experimentais de um ensaio, e usados, sem reajuste, para outros ensaios em condições diferentes. Os resultados do modelo mostraram boa adequação aos resultados experimentais.
Titre en anglais
Emulsion copolymerization of styrene and butyl acrylate with gigh solids contents: experimental study and mathematical modeling of the process in a semi-batch reactor.
Mots-clés en anglais
Emulsion polymerization
High solids contents
Mathematical modeling
Particle size distribution
Resumé en anglais
The aim of this work was the study of the high solid contents emulsion copolymerization of styrene and butyl acrylate in semi-batch process. In this context the particle size distribution and its effects on the product viscosity was studied. Copolymerization reactions were carried out in a glass reactor, and recipes with solid contents up to 64 wt.% were used. During each run, samples are periodically taken from the reactor, and analysis are performed to measure the polymer content (monomer conversion) by gravimetry, the concentrations of the residual monomers by head-space gas chromatography, the average particle size by dynamic light scattering, and the particle size distribution by transmission electronic microscopy. The viscosity of the final emulsion is also measured using a Brookfield viscosimeter. By applying operating strategies to nucleate new particles along the process, latexes with bimodal particle size distributions and low viscosities were obtained. A mathematical model was employed for simulating the polymerization process, including the evolution of the particle size distribution along the process, calculated from population balance equations for the particles and the radicals inside the particles. The numerical solution was obtained using the discretized population balance equations by the method of classes and the fixed pivot technique. The model has only two adjustable parameters, the efficiencies for radical capture by micelles and by particles. These two parameters were fitted to the experimental data of one run and used, without further readjustment, for other runs under different conditions. The model results presented satisfactory agreement with the experimental data.
 
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Date de Publication
2011-04-15
 
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  • MARINANGELO, Giovane, Hirota, Wilson H., and GIUDICI, R. Semi-batch emulsion copolymerization of styrene and butyl acrylate for production of high solids content latexes: Experiments and mathematical model [doi:10.1016/j.ces.2011.08.006]. Chemical Engineering Science [online], 2011, vol. 66, p. 5875-5890.
  • MARINANGELO, Giovane, HIROTA, Wilson Hideki, and GIUDICI, R. Emulsion Copolymerization Process: Mathematical Modeling and Experimental Validation. In 2010 AIChE Annual Meeting, Salt Lake City, 2010. Conference Proceedings (CD-ROM).New York : American Institute of Chemical Engineers, 2010.
  • MARINANGELO, Giovane, HIROTA, Wilson Hideki, and GIUDICI, R. High solids content emulsion copolymerization of styrene and n-butyl acrylate. In 11. Congresso Brasileiro de Polímeros CBPol, Campos do Jordão, 2011. 11.o Congresso Brasileiro de Polímeros., 2011.
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