دانلود پایان نامه تهیه لاستیک نیتریل به روش پلیمریزاسیون امولسیونی و بررسی خواص آن

پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران
پژوهشکده ی مهندسی
تهیه لاستیک نیتریل به روش پلیمریزاسیون امولسیونی و بررسی خواص آن
پایان نامه كارشناسی ارشد رشته مهندسی پلیمریزاسیون
استاد راهنما
دکتر عزیزاله نودهی
استاد مشاور
دکتر محمد عطایی
بهمن 1392
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
فهرست مطالب
عنوان شماره صفحه
چکیده………………………………….1
1-2- ویژگیهای لاستیک نیتریل.. 3
1-3- کاربردهای لاستیک نیتریل.. 4
1-7- مقایسه دو روش سرد و گرم. 10
1-8-1- بررسی ریزساختار و ترکیب کوپلیمر لاستیک نیتریل.. 11
1-8-2- بررسی خواص فیزیکی لاستیک نیتریل.. 12
فصل 2 : تئوری و مروری بر مطالعات انجام شده. 14
2-1- تئوری پلیمریزاسیون امولسیونی کلاسیک…. 14
2-2- سینتیک پلیمریزاسیون امولسیونی.. 17
2-2-2- تئوری اسمیت و اوارت… 18
2-2-3- بررسی سینتیک پلیمریزاسیون امولسیونی.. 19
2-2-4- تغییرات سرعت با درصد تبدیل.. 20
2-3- مکانیزم های هسته گذاری.. 21
2-3-2- سهم مکانیسمهای هسته گذاری مختلف برای شکل گیری ذرات… 22
2-3-3- سرنوشت رادیکالها در پلیمریزاسیون امولسیونی.. 23
2-4- پایداری کلوئیدی در پلیمریزاسیون امولسیونی.. 24
2-4-1- مکانیسم های پایدارکنندگی.. 24
2-4-2- اثر الکترولیتهای مختلف بر پایداری کلوئیدی.. 26
2-5- ترکیبات تشکیلدهنده پلیمریزاسیون امولسیونی و مواد مورد استفاده. 27
2-5-1- مونومرها و نسبت آنها 27
2-5-5- عوامل انتقال به زنجیر. 39
2-6-1- بررسی کوپلیمریزاسیون امولسیونی مونومرهای بوتادین و آکریلونیتریل.. 42
2-6-3- فرایندهای کوپلیمریزاسیون امولسیونی.. 47
2-7- مشخصات فرایند و محصول. 50
2-7-1- جرم مولکولی و توزیع آن. 50
2-7-2- ترکیب شیمیایی کوپلیمر و توزیع آن. 51
فصل سوم : مواد مورد استفاده و روش های انجام کار. 57
3-3-1- روش های آماری برای تعیین دستور خوراک بهینه. 62
3-3-2- بررسی اثر عوامل مختلف بر روی خواص مولکولی و ماکروسکوپی.. 63
3-4- آزمون ها و دستگاه های مورد استفاده برای شناسایی لاستیک نیتریل.. 63
3-4-1- اندازه گیری درصد جامد لاتکس و درصد تبدیل.. 63
3-4-4- آزمون ویسکوزیته مونی.. 65
3-4-7- آزمون مانایی فشاری.. 67
3-4-10- آزمون طیفسنجی رزونانس مغناطیس هسته ( NMR ) 67
3-4-11- آزمون تفرق نور پویا ( DLS ) 68
3-4-12- آزمون گرماسنجی روبشی دیفرانسیلی( DSC ) 68
3-4-13- آزمون آنالیز عنصری ( CHNO ) 68
4-1- مقدمهای بر طراحی آزمایش (DOE) 69
4-2- طراحی آزمایش غربالی پلاکت – بورمن.. 72
4-2-1- نتایج مربوط به تعیین درصد تبدیل: 76
4-3- طراحی آزمایش تمام عاملی.. 82
4-3-1- نتایج مربوط به تعیین درصد تبدیل.. 84
4-4- تعیین دستور خوراک بهینه. 92
4-4-1- نتایج مربوط به آزمون تفرق نور پویا 93
4-4-2- نتایج مربوط به آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی.. 95
4-4-3- بررسی ریزساختار کوپلیمر با بهره گرفتن از NMR.. 96
4-5- بررسی تغییرات ریز ساختار کوپلیمر در حین پلیمریزاسیون. 104
4-5-1- آزمون آنالیز عنصری.. 104
4-6- تغییر عوامل به صورت مجزا بر روی دستور خوراک بهینه. 118
4-6-1- بررسی اثر امولسیفایر صابون روزینی بر روی سینتیک پلیمریزاسیون. 118
4-6-2- بررسی اثر دما بر روی میزان ژل. 122
4-6-3- بررسی اثر عامل انتقال به زنجیر بر روی جرم مولکولی.. 123
4-7- خواص فیزیکی و مکانیکی.. 124
4-7-1- تعیین خواص مکانیکی آمیزه تهیه شده از محصول بهینه (NBR-FF 6) 124
4-7-2- بررسی اثر جرم مولکولی و دمای تهیه کوپلیمر بر روی خواص کششی.. 127
فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات… 129
فهرست شکل ها
شکل 1‑1- توزیع مصرف لاستیک نیتریل در سال 2010 . 5
شکل 1‑2- ساختار زنجیر لاستیک نیتریل.. 6
شکل 2‑1- شماتیک فرایند هسته گذاری.. 16
شکل 2‑2- مراحل سهگانه پلیمریزاسیون امولسیونی.. 17
شکل 2‑3- نمایش شماتیک وضعیتهای 1 تا 3 مربوط به سینتیک اسمیت – اوارت… 19
شکل 2‑4- ارتباط مراحل پلیمریزاسیون امولسیونی با منحنی درصد تبدیل 21
شکل 2‑6- شماتیک (الف) : پایداری فضایی و (ب) : تخلیه ای.. 25
شکل 2‑7- نمایش برهمکنش میان ترکیبات مختلف سیستم شروع هیدروپروکساید – آهن – عامل کاهنده 30
شکل 2‑8- (الف): ساختار EDTA و (ب): کیلیت EDTA- فلز. 32
شکل 2‑9- سدیم دودسیل سولفات (SDS) 36
شکل 2‑10- انواع ترکیبات زیر مجموعه اسید abietic. 37
شکل 2‑11- فرایند Disproportionation. 38
شکل 2‑16- منحنی ارتباط مقدار آکریلونیتریل از روش Kjeldhalو FTIR . 52
شکل 2‑18- بیشترین احتمال موقعیت های تشکیل شاخه در ساختار زنجیر لاستیک نیتریل.. 54
شکل 3‑1-شمای کلی سیستم استفاده شده برای پلیمریزاسیون امولسیونی.. 61
شکل 4‑1- تغییرات درصد تبدیل در طول واکنش برای آزمایش های غربالی پلاکت-بورمن.. 76
شکل 4‑2- نمودار Pareto حاصل از آنالیز آماری درصد تبدیل ها پس از گذشت 8 ساعت از زمان واکنش 77
شکل 4‑3- نمودار متوسط ها برای درصد تبدیل ها پس از گذشت 8 ساعت از زمان واکنش…. 78
شکل 4‑4- مقادیر درصد تبدیل پیش بینی شده به کمک مدل خطی حاصله بر حسب مقادیر تجربی.. 80
شکل 4‑7- تغییرات درصد تبدیل با زمان در آزمایش های تمام عاملی.. 85
شکل 4‑8- نمودار Pareto حاصل از آنالیز آماری درصد تبدیل ها پس از گذشت 2 ساعت از زمان واکنش 86
شکل 4‑9- نمودار Pareto حاصل از آنالیز آماری درصد تبدیل ها پس از گذشت 4 ساعت از زمان واکنش 86
شکل 4‑10- نمودار Pareto حاصل از آنالیز آماری درصد تبدیل ها پس از گذشت 6 ساعت از زمان واکنش 87
شکل 4‑11- نمودار Pareto حاصل از آنالیز آماری درصد تبدیل ها پس از گذشت 8 ساعت از زمان واکنش 87
شکل 4‑12- نمودار متوسط ها برای درصد تبدیل های 6،4،2 و 8 ساعت… 88
شکل 4‑13- نمودار برهمکنش ها برای درصد تبدیل ها پس از گذشت 8 ساعت از زمان واکنش…. 89
شکل 4‑14- مقادیر درصد تبدیل پیش بینی شده به کمک مدل حاصله از مقادیر تجربی.. 90
شکل 4‑15- سطوح حاصله از پیش بینی درصد تبدیل 8 ساعت به ازای مقادیر مختلفی از متغییرهای ورودی 91
شکل 4‑16- توزیع اندازه ذرات شدتی برای نمونه بهینه NBR-FF6. 94
شکل 4‑17- تکراپذیری توزیع اندازه ذرات شدتی برای نمونه بهینه NBR-FF6. 94
شکل 4‑18- گرمانگاشت نمونه NBR-FF 6 پس از گذشت 8 ساعت از زمان واکنش…. 96
شکل 4‑20- طیف C-NMR برای نمونه بهینه NBR-FF6. 98
شکل 4‑21- طیف H-NMR برای نمونه بهینه NBR-FF6. 99
شکل 4‑22 – جایگاه سه تایی های مونومری کوپلیمر آکریلونیتریل-بوتادین در H-NMR. 100
شکل 4‑23- توالی سه تایی های کوپلیمر نمونه بهینه NBR-FF6. 101
شکل 4‑24- جایگاه پروتون های (a) : وینیلی ( b و c) : آلیفاتیک…. 102
شکل 4‑25- جایگاه پروتون های آلیفاتیک و وینیلی در کوپلیمر لاستیک نیتریل.. 102
شکل 4‑28- منحنی ترکیب کوپلیمر لاستیک نیتریل در °C 5.. 107
شکل 4‑30-طیف H-NMR نمونه NBR-OR پس از 2 ساعت… 112
شکل 4‑31- طیف H-NMR نمونه NBR-OR پس از 4 ساعت… 113
شکل 4‑32- طیف H-NMR نمونه NBR-OR پس از 6 ساعت… 114
شکل 4‑33- طیف H-NMR نمونه NBR-OR پس از 8 ساعت… 115
شکل 4‑34- تغییرات توالی سه تایی های مونومری با درصد تبدیل برای نمونه NBR-OR.. 117
شکل 4‑35- مقایسه منحنی درصد تبدیل آزمایش NBR-EM 1 با NBR-EM 2. 119
شکل 4‑36- منحنی ویسکوزیته مونی نمونه های NBR-EM 1 و NBR-EM 2. 119
شکل 4‑37- منحنی توزیع اندازه ذرات آزمایش های (الف) : NBR-EM 1 و (ب) : NBR-EM 2. 121
شکل 4‑38- منحنی تغییرات درصد تبدیل با زمان برای آزمایش های NBR-OR ، NBR-TE1 و NBR-TE2 122
شکل 4‑39- منحنی تغییرات درصد تبدیل با زمان برای آزمایش های NBR-CA 1 و NBR-CA 2. 123
شکل 4‑40- منحنی ویسکوزیته مونی نمونه های NBR-CA 1 و NBR-CA 2. 124
شکل 4‑41- منحنی پخت نمونه NBR-FF 6 در دمای °C170 (توسط رئومتر (ODR.. 125
شکل 4‑42- منحنی تنش-کرنش برای نمونه بهینه NBR-FF6. 127
فهرست جداول
جدول 1‑1- اثر مقدار آکریلونیتریل بر روی خواص شیمیایی و فیزیکی لاستیک نیتریل.. 8
جدول 2‑1- ضرایب تفکیک پذیری مونومرهای آکریلونیتریل و بوتادین در پلیمریزاسیون امولسیونی در °C 10 28
جدول 2‑2- توزیع هیدروپروکساید میان فازهای آبی و روغنی 34
جدول 2‑3- نسبتهای فعالیت برای مونومرهای بوتادین (1) و آکریلونیتریل (2) 43
جدول 2‑4 – مقادیر ترکیب درصد آزئوتروپ برای کوپلیمریزاسیون مونومرهای بوتادین و آکریلونیتریل 43
جدول 2‑5- اثر نسبت مونومرها بر روی زمان واکنش 45
جدول 3‑1- مشخصات مواد مورد استفاده. 57
جدول 3‑2- دستور خوراک نمونه برای تهیه لاستیک نیتریل در °C5.. 60
جدول 4‑1- محدوده سطوح برای تغییر عوامل 9 گانه مورد بررسی.. 73
جدول 4‑2- طراحی آزمایش انجام شده برای ارزیابی عوامل اصلی موثر در واکنش…. 74
جدول 4‑4- ثوابت مدل خطی برای پاسخ “درصد تبدیل پس از 8 ساعت”. 79
جدول 4‑5- محدوده سطوح برای تغییر عوامل 4 گانه مورد بررسی.. 83
جدول 4‑7- طراحی آزمایش انجام شده برای ارزیابی عوامل اصلی موثر در واکنش…. 84
جدول 4‑8- ثوابت مدل برای پاسخ “درصد تبدیل پس از 8 ساعت”. 90
جدول 4‑9- نتایج حاصل از اندازه گیری ویسکوزیته مونی محصولات… 92
جدول 4‑10- نتایج مربوط به آزمون تفرق نور پویا برای نمونه بهینه NBR-FF6. 93
جدول 4‑11- نتایج دمای انتقال شیشه لاستیک های نیتریل.. 95
جدول 4‑12- میزان ژل نمونه بهینه در درصد تبدیل 73 %. 103
جدول 4‑13- درصد عناصر کوپلیمر لاستیک نیتریل برای نمونه NBR-OR.. 104
جدول 4‑14- تغییرات درصد آکریلونیتریل در ساختار کوپلیمر بر حسب درصد تبدیل برای نمونه NBR-OR 105
جدول 4‑15- دستور خوراک آزمایش NBR-HS با درصد جامد 26 %. 109
جدول 4‑16- درصد عناصر کوپلیمر لاستیک نیتریل برای نمونه NBR-HS. 110
جدول 4‑17- تغییرات درصد آکریلونیتریل در ساختار کوپلیمر بر حسب درصد تبدیل برای نمونه NBR-HS 110
جدول 4‑18- نحوه تغییر ساختار 2،1 وینیل با درصد تبدیل برای نمونه NBR-OR.. 116
جدول 4‑19- سطح زیر پیک توالی های مونومری برای آزمایش NBR-OR در درصد تبدیل های مختلف 116
جدول 4‑20- دستور خوراک آزمایش های تک عاملی بر اساس دستور خوراک بهینه. 120
جدول 4‑21- قطر متوسط حجمی آزمایش های NBR-EM 1 و NBR-EM 2. 121
جدول 4‑22- درصد ژل برای نمونه های NBR-TE 1 و NBR-TE 2. 123
جدول 4‑23- فرمولاسیون مورد استفاده جهت تهیه نمونه لاستیک نیتریل برای آزمون های خواص مکانیکی 125
جدول 4‑24- مانایی فشاری، سختی و جهندگی برای نمونه بهینه NBR-FF6. 126
جدول 4‑25- خواص کششی نمونه بهینه. 126
جدول 4‑26- ویسکوزیته مونی و خواص کششی نمونه های تک عاملی.. 128
جدول 4‑27- خواص کششی نمونه های تهیه شده در دو دمای 10 و °C 15.. 128
چکیده
با بهره گرفتن از روش های طراحی آزمایش دستور خوراک بهینه برای تهیه لاستیک نیتریل تعیین شد. در ابتدا برای تعیین فاکتورهای موثر بر سرعت پلیمریزاسیون، آزمایش های غربال گری مطابق با روش پلاکت-بورمن که تعداد زیادی فاکتور را با تعداد کمی آزمایش بررسی می کند طراحی شد. بر این اساس 9 فاکتور در قالب 12 آزمایش در دو سطح و به منظور تعیین فاکتورهای موثر بر روی درصد تبدیل واکنش طرح ریزی شد. نتایج حاکی از آن بود که غلظت پتاس بیشترین اثر معنی دار را بر روی درصد تبدیل پس از 8 ساعت می گذارد. دما، غلظت سولفات آهن (II) فاکتورهایی بودند که سبب افزایش درصد تبدیل در 8 ساعت می شدند ولی اثرات آن ها معنی دار نبود. به منظور آگاهی از بر همکنش های میان اجزای سیستم شروع کننده و با کمک از نتایج حاصل شده از روش غربال گری پلاکت-بورمن دسته دیگری از آزمایش ها که بر اساس روش آماری تمام عاملی بود طراحی شد. در روش تمام عاملی، 4 عامل در دو سطح و در قالب 16 آزمایش طراحی شد. اجرای 16 آزمایش مشخص کرد که غلظت عامل کاهنده (سدیم فرمالدهید سولفوکسیلات) در سیستم شروع اکسیداسیون-احیا به طور معنی داری سبب افزایش درصد تبدیل پس از 4، 6 و 8 ساعت می گردد. سایر عوامل و بر همکنش میان آن ها اثر معنی داری بر روی درصد تبدیل نداشتند. علاوه بر درصد تبدیل، ویسکوزیته مونی لاستیک نیتریل سنتز شده پارامتری بود که بر اساس آن دستور خوراک بهینه تعیین شد. بررسی اندازه ذرات لاتکس نمونه بهینه توسط آزمون DLS نشان داد که اندازه ذرات در محدوده ریزتری نسبت به پلیمریزاسیون های امولسیونی رایج قرار دارند که تائیدی بر مکانیسم هسته گذاری همگن به دلیل تفکیک پذیری بالای آکریلونیتریل در فاز آب می باشد. آزمون DSC برای نمونه بهینه نشان داد ساختار کوپلیمر تقریباً از یکنواختی خوبی برخوردار است به طوری که فقط یک Tg برای نمونه مشاهده شد. همچنین آزمون 1H-NMR بر روی نمونه بهینه، توزیع مناسب کومونومرها را در ساختار زنجیر نشان داد به علاوه آزمون آنالیز عنصری (CHNS) نشان داد درصد آکریلونیتریل در کوپلیمر از ابتدای واکنش تا درصد تبدیل در حدود 35 % روند افزایش را طی می کند و از آنجا به بعد این مقدار در محدوده مورد انتظار 33 تا 34 % آکریلونیتریل ثابت می ماند. این رخداد تائیدی بر تفکیک پذیری بالای آکریلونیتریل در فاز آب می باشد. بررسی توالی سه تایی های مونومری در طی پلیمریزاسیون با بهره گرفتن از 1H-NMR نشان داد درصد سه تایی AAB در طی پلیمریزاسیون رفته رفته کاهش می یابد و در مقابل سه تایی BBB روند افزایشی را طی می کند. همچنین آزمایش هایی با تک عامل متغییر اجرا شد و نتایج حاکی از آن بود که مقدار امولسیفایر سبب کاهش اندازه ذرات می شود به علاوه مشاهده شد دما تاثیری بر روی مقدار ژل ندارد. همچنین ویسکوزیته مونی نشان داد مقدار عامل انتقال به زنجیر اثر مستقیم بر روی کاهش جرم مولکولی می گذارد. در انتها خواص فیزیکی و مکانیکی از جمله آزمون کشش، سختی، مانایی فشاری و جهندگی نشان دادند لاستیک نیتریل تهیه شده خواص فیزیکی و مکانیکی مطلوبی برای کاربردهای عمومی عرضه می کند به علاوه با مقایسه نتایج ویسکوزیته مونی و آزمون کشش مشخص شد جرم مولکولی با مقاومت کششی ارتباط مستقیم دارد.
فصل اول : مقدمه
1-1- تاریخچه
در سال 1926 هفت سال پس از تولید لاستیک متیل که به دلایل اقتصادی متوقف شده بود (1916-1919) واحد صنعتی I.G.Farbenindustric در آلمان تحقیقات گستردهای را بر روی لاستیکهای سنتزی از سر گرفت. در شروع این تلاش، شکل مواد خام و روش پلیمریزاسیون از درجه اهمیت بیشتری برخوردار بود. زیرا لاستیک متیل از فقدان الاستیسیته رنج میبرد. در آن زمان هیچگونه زمزمه اقتصادی برای تولید ایزوپرن که واحد ساختاری لاستیک طبیعی بود به گوش نمیرسید. علاوه بر این، تستهای مقایسهای نشان دادند که ایزوپرن، لاستیک سنتزی خیلی بهتری نسبت به بوتادین عرضه نمی کند. بنابراین تلاش اصلی بر روی بوتادین متمرکز شد. سرانجام در سال 1926 پلیمریزاسیون تودهای توسط فلزات قلیایی برای تولید انواع پلیبوتادین دنبال شد. علیرغم کمیابی این ماده در آن زمان، جلب توجه به پلیبوتادین بسیار زیاد بود. بنابراین روشهای دیگر پلیمریزاسیون به ویژه پلیمریزاسیون امولسیونی بررسی شدند. همه تلاشها برای هموپلیمریزاسیون بوتادین به روش امولسیونی برای تولید یک لاستیک مفید با شکست مواجه شد. لاستیک بدست آمده دارای جرم مولکولی بسیار بالایی بود و الاستیسیته بسیار عالی از خود نشان میداد. اما در دیگر خواص مکانیکی ضعیف عمل میکرد. به علاوه فرایندپذیری آن با مشکل جدی مواجه بود. مشکل دیگر این لاستیک عمر نگهداری[1] کوتاه آن بود [1].
از این رو فقط کشف کوپلیمریزاسیون بوتادین با مونوالفینها این مشکلات پلیمریزاسیون را حذف کرد. این پلیمریزاسیون در سال 1929 در یک واحد صنعتی در Leverkusen آلمان کشف شد که شامل کوپلیمریزاسیون مخلوطی از بوتادین با دیگر مونومرها بود. تعداد بسیار زیادی از مونومرها بررسی شدند و در نهایت استایرن به عنوان مونومر دوم برای کوپلیمریزاسیون با بوتادین انتخاب شد. در طی این کار Konrad و Tschankur و همچنین Kleiner در سال 1930 یک لاستیک سنتزی از بوتادین و آکریلونیتریل تولید کردند که مقاومت بسیار خوبی نسبت به روغنها و سوختها از خود نشان میداد. این لاستیک برای اولین بار Buna N و سپس Perbunan نامیده شد. همچنین مشخص شد این لاستیک علاوه بر مقاومت بهتر نسبت به روغنها و سوختها از پایداری حرارتی و مقاومت سایشی بهتر و عبورپذیری کمتر نسبت به گازها برخوردار است [1].
از این رو همه تلاشها در آن زمان بر روی این محصول امید بخش متمرکز شد زیرا بنظر میرسید که با وجود قیمت پایین لاستیک طبیعی د رآن روزها، از لحاظ اقتصادی یک شانس بزرگ به شمار میآید. به این ترتیب در سال 1934 واحد صنعتی تقریباً بیرونق لاستیک متیل در Leverkusen تولید لاستیک نیتریل را شروع کرد. این لاستیک در سال 1937 به آمریکا و بریتانیای کبیر صادر شد و سپس در سال 1939، لاستیک نیتریل در آمریکا به مرحله تولید رسید. پس از آن کشورهای دیگری از جمله کانادا به جمع کشورهای معدود تولید کننده لاستیک نیتریل پیوستند و رفته رفته این لاستیک در کشورهای دیگر به مرحله تولید رسید [1].
تعداد صفحه : 100
قیمت :14700 تومان
بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد
و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.
پشتیبانی سایت : * serderehi@gmail.com
در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.
[add_to_cart id=152039]