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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2021.tde-07042021-164829
Documento
Autor
Nome completo
Gabriel Mariano Araujo
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2021
Orientador
Banca examinadora
Giudici, Reinaldo (Presidente)
Hirota, Wilson Hideki
Lona, Liliane Maria Ferrareso
Título em português
Síntese de um polímero superabsorvente e estudo cinético da homopolimerização do ácido acrílico.
Palavras-chave em português
Cinética
Modelos matemáticos
Polimerização
Resumo em português
Os polímeros acrílicos são de grande importância e amplamente utilizados na indústria química. Sua síntese em solução aquosa é de fundamental importância devido a possíveis interações de seus monômeros com a água, podendo desviar a polimerização de comportamentos usuais. Apesar de muitas patentes serem protocoladas e da relevância da polimerização radicalar do ácido acrílico, ainda há algumas dúvidas sobre sua cinética e a produção de poli (ácido acrílico) (PAA). No presente trabalho, estudou-se a cinética química e a modelagem matemática do processo de homopolimerização do ácido acrílico. Com base nas reações executadas, foi possível determinar parâmetros cinéticos e simular a conversão de monômero e as massas molares médias em função do tempo. Um polímero superabsorvente foi sintetizado utilizando ácido acrílico e o trimetilolpropano triacrilato e algumas caracterizações foram realizadas (fração gel e duplas ligações pendentes). As reações foram feitas em solução aquosa com persulfato de sódio como iniciador. A conversão foi medida pelo método gravimétrico e para as caracterizações do polímero reticulado foram utilizadas as técnicas de extração com água para a fração de gel e titulação para determinação do teor de duplas ligações pendentes.Paralelamente, um modelo cinético desenvolvido na literatura (Minari et al.,2011) foi implementado e validado para o processo de homopolimerização. As análises mostraram um comportamento clássico tanto da conversão quanto das massas molares médias. Estudos das reações em diferentes pHs foram realizados nos quais verificou-se uma forte influência do grau de neutralização do ácido sobre a velocidade de polimerização (constante de propagação). O efeito do pH (e grau de neutralização do meio reacional) sobre a propagação foi adequadamente representado quando se considera um valor de constante de propagação para o monômero não ionizado (baixo pH) e outro valor para o monômero na forma ionizada (pH mais altos, próximo do neutro). Para aproximar o estudo a processos industriais, foi desenvolvido um equacionamento baseado nas reações do inibidor para explicar o comportamento observado do tempo de indução, o qual foi validado com dados experimentais.
Título em inglês
Synthesis of a superabsorbent polymer and kinetic study of acrylic acid homopolymerization.
Palavras-chave em inglês
Acrylic acid
Kinetic
Mathematical modeling
Polymerization
Resumo em inglês
Acrylic polymers are of great importance and widely used in the chemical industry. Acrylic acid polymerization studies in aqueous solution are of fundamental importance due to possible interactions of monomers with water, which can divert the reaction of usual behaviors.Chemical kinetics and mathematical modeling of the acrylic acid homopolymerization process were studied in the present work. Through the reactions performed, it was possible to determine kinetic parameters and simulate average molar masses over time. Also, a superabsorbent polymer was synthesized using acrylic acid and trimethylolpropane triacrylate and some important characterizations were performed, such as gel fraction and double pending bonds. The reactions were carried out in aqueous solution with sodium persulfate as initiator. The conversion was measured by gravimetric method and for crosslinked polymer features, water extraction technique was used to quantify gel fraction among with titration technique for double pendent bonds. After that, a model developed in the literature (Minari et al., 2011) was implemented for the homopolymerization process. The analyzes showed a classic behavior both for the conversion and the average molar masses. Studies of the reactions at different pHs were carried out where the monomer degree of neutralization showed a strong influence on thepolymerization rate (propagation constant). This effect was attributed to the electrostatic repulsion between monomers, beyond that a model was proposed to represent this phenomenon where a propagation constant is considered for the nonionized form (low pH) and another value for the ionized form (higher pH, nearly 7). Furthermore, an equation was developed based on the reactions of the inhibitor to explain the observed behavior of the induction time, which was validated with experimental data.
 
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Data de Publicação
2021-04-14
 
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