بررسي آزمايشگاهي و مدل سازي اثر پارامترهاي همگن سازي بر توزيع اندازه ذرات پلي(وينيل كلرايد) تعليقي ميكروني

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

دكتري

محصول يكنواخت پلي(وينيل كلرايد) به روش پليمريزاسيون تعليقي ميكروني با استفاده از دستگاه هموژنايزر با فشار بالا بهمراه دو عدد شير همگن كننده در مقياس آزمايشگاهي توليد شده است. فرآيند توليد به روش مرسوم و شامل دو مرحله ي همگن سازي سوسپانسيون و راكتور پليمريزاسيون مي باشد. با توجه به مستقل بودن مرحله همگن سازي از مرحله راكتور، مطالعات با ثابت در نظر گرفتن كليه شرايط موجود در راكتور انجام شده است. جهت بررسي متوسط اندازه و توزيع اندازه ذرات، شكل و ساختار، ميزان تخلخل ذرات و همچنين پايداري و تثبيت متوسط اندازه و توزيع اندازه ذرات با زمان، از دو فاكتور فشار هموژنايزر و مدت زمان (يا تعداد دور) همگن سازي استفاده شده است. براي توليد سوسپانسيون با قطرات پايدار، مقدار عامل فعال سطحي آنيوني سديم دو دسيل سولفات ثابت و مابين 0.8 - 0.4 درصد وزني از كل مواد اوليه مصرفي در نظر گرفته شده است. با افزايش فشار هموژنايزر و مدت زمان همگن سازي، متوسط اندازه و توزيع اندازه ذرات كاهش يافته است. با وجود مقدار كم عامل فعال سطحي، در نمونه هايي با فشار و زمان همگن سازي بالاتر (40 مگاپاسكال و 45 دقيقه يا 3 دور)، با شكست بيشتر قطرات و تشكيل سطوح جديد و عدم پوشش كليه سطوح توسط عامل فعال سطحي، تجمع به ميزان ناچيز در بين قطرات وجود داشته است، لذا با افزايش زمان ماندگاري توزيع اندازه ذرات افزايش و پتانسيل زتا كاهش يافته و سوسپانسيون داراي پايداري كمتر مي باشد. مطابق نتايج نمونه با پايين ترين فشار برابر 20 مگاپاسكال و 15 دقيقه زمان (يا 1 دور) همگن سازي داراي بهترين پايداري و تثبيت در متوسط اندازه و توزيع اندازه ذرات با افزايش زمان ماندگاري بوده است. پتانسيل زتا براي محصول لاتكس برابر 21- ميلي ولت در 3.5 = pH معياري از پايداري و تثبيت بالايي در متوسط اندازه و توزيع اندازه ذرات است. همچنين فرآيند خشك و آسياب كردن تاثيري بر روي متوسط اندازه و توزيع اندازه ذرات نداشته است. ذرات تعليقي ميكروني از ذرات ريز كروي با قطر متوسط در محدوده 0.22 - 0.18 ميكرومتر و توزيع اندازه ذرات تك قله اي مابين 1 - 0.1 ميكرومتر تشكيل شده است. تصاوير ميكروسكوپي و تست تخلخل سنجي عدم وجود تجمع، سطوحي كاملاً يكنواخت و عدم حضور تخلخل در اين ذرات را تاييد مي نمايد. براي درك بهتر مكانيسم شكست قطره و بدست آوردن نرخ اتلاف انرژي متوسط و زمان اقامت سوسپانسيون، رژيم جريان در شيار شيرهاي دستگاه هموژنايزر شبيه سازي شده است. متوسط اندازه و توزيع اندازه قطرات پيش بيني شده با استفاده از مدل موازنه جمعيت، با نتايج تجربي مقايسه و تطابق بسيار خوبي مشاهده شده است. در فرآيند شكست قطرات با دو تابع متمايز نرخ شكست ناشي از نيروهاي اينرسي و لزجت آشفته، نرخ شكست به سبب نيروهاي اينرسي غالب بوده است. كاهش فشار و تعداد دور همگن سازي، و افزايش كسر حجمي فاز پراكنده و ميانگين توزيع اندازه پيش مخلوط، باعث افزايش توزيع اندازه قطره پيش بيني شده (D90، D10 و D90/D10) گرديده است. با افزايش غلظت عامل فعال سطحي، توزيع اندازه قطره (D90/D10) به دليل كاهش بيشتر در متوسط اندازه قطره D10 نسبت به D90 با وجود مقدار كم عامل فعال سطحي، افزايش يافته است. همچنين نرخ شكست ناشي از نيروهاي لزجت در كمترين غلظت (C_s = 5 mmol/l)، توزيع اندازه قطره پيش بيني شده (D90 و D90/D10) را افزايش داده است. با وجود سهم مهم نيروهاي لزجت در كسرهاي حجمي فاز پراكنده بزرگتر (0.622 = ϕ) به ويژه با افزايش تعداد دور همگن سازي، قطر متوسط قطره پيش بيني شده، d_3,2، كاهش و عليرغم عدم افزايش در متوسط اندازه قطره D10، توزيع اندازه قطره افزايش يافته است. در حاليكه قطر متوسط قطره پيش بيني شده، d_3,2، در مقادير كمتر (0.443 = ϕ) افزايش داشته است. قطرات پايدار با توزيع تك قله اي (2.8 = D90/D10) در بيش از 1 دور همگن سازي و 13.5 مگاپاسكال تحت فشار شير دوم 3 مگاپاسكال با حداقل اثر تغييرات در كسر حجمي فاز پراكنده، غلظت عامل فعال سطحي و توزيع سوسپانسيون پيش مخلوط به دست آمده است.

219328

مهندسي شيمي

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان