Πειραματική μελέτη της διεργασίας τριπολυμερισμού γαλακτώματος μεθακρυλικού μεθυλεστέρα/ ακρυλικού βουτυλεστέρα/ ακρυλικού οξέος σε αντιδραστήρα ημισυνεχούς λειτουργίας

Abstract

In the present study the comprehensive experimental investigation on the semi-batch emulsion polymerization of acrylic monomers and specifically the terpolymerization of methyl methacrylate / butyl acrylate / acrylic acid (MMA/BuA/AA) is reported. The aim of this study is the -in depth- kinetic investigation of the aforementioned terpolymerization as well as the determination of the molecular and morphological properties of the polymer latex. Particularly, since emulsion polymerization is a special type of free radical polymerization the chemistry and kinetics of free radical polymerization are described in detail, emphasizing at the different stages of the emulsion polymerization procedure. The time evolution of several molecular properties such as glass transition temperature, composition, molecular weight and molecular weight distribution is determined. Furthermore, the investigation of the time evolution of morphological properties, such as mean particle size and particle size distribution, of the latex is conducted. Moreover, a detailed experimental study on the rheological behavior and mechanical properties of the (MMA/BuA/AA) emulsion terpolymer is reported. The effect of time, applied stress and frequency on polymer lattices is studied and the determination of creep compliance, shear viscosity and elastic moduli is achieved. The effect of time, applied stress, temperature and frequency on polymer films is investigated and Young’s modulus, the percent recovery as well as the glass transition temperature and the corresponding elastic moduli of the polymer are determined. Finally, the effect of process parameters, such as initiator and surfactant (ionic/ non ionic) concentration, polymerization temperature and time, agitator type and agitation rate, to the aforementioned polymer properties is thoroughly investigated.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται την πειραματική μελέτη διεργασιών πολυμερισμού γαλακτώματος ακρυλικών μονομερών σε αντιδραστήρα ημισυνεχούς λειτουργίας και συγκεκριμένα τον τριπολυμερισμό μεθακρυλικού μεθυλεστέρα/ ακρυλικού βουτυλεστέρα/ ακρυλικού οξέος (MMA/BuA/AA). Στόχος της εργασίας είναι η κινητική μελέτη της προαναφερθείσας διεργασίας τριπολυμερισμού και η μελέτη των μοριακών και μορφολογικών ιδιοτήτων του παραγόμενου πολυμερούς. Συγκεκριμένα, περιγράφεται ο μηχανισμός και η κινητική που διέπει τον πολυμερισμό ελευθέρων ριζών, υποκατηγορία του οποίου αποτελεί ο πολυμερισμός γαλακτώματος και δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στα διάφορα στάδια της διεργασίας του πολυμερισμού γαλακτώματος. Πραγματοποιείται πειραματική μελέτη της χρονικής εξέλιξης των διαφόρων μοριακών ιδιοτήτων του παραγόμενου πολυμερούς, όπως η σύσταση, η θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης, τα μέσα μοριακά βάρη και η κατανομή μοριακού βάρους, καθώς και διαφόρων μορφολογικών ιδιοτήτων του παραγόμενου πολυμερούς, όπως το μέσο μέγεθος και η κατανομή μεγέθους των σωματιδίων.Επίσης, μελετώνται σε βάθος οι μηχανικές ιδιότητες του παραγόμενου πολυμερούς, τόσο στη μορφή γαλακτώματος όσο και ως πολυμερικό υμένιο. Στο πολυμερικό γαλάκτωμα εξετάζεται η επίδραση του χρόνου, της εφαρμοζόμενης τάσης και της συχνότητας και προσδιορίζονται διάφορα μεγέθη, όπως η ενδοτικότητα, το διατμητικό ιξώδες και τα μέτρα ελαστικότητας. Στα υμένια του πολυμερούς εξετάζεται η επίδραση του χρόνου, της εφαρμοζόμενης τάσης, της θερμοκρασίας και της συχνότητας και προσδιορίζονται το μέτρο του Young, το ποσοστό ανάκτησης των δειγμάτων, η θερμοκρασία υαλώδους μετάβασής τους καθώς και τα αντίστοιχα μέτρα ελαστικότητας.Τέλος, μελετάται η επίδραση των παραμέτρων της διεργασίας, όπως οι συγκεντρώσεις του εκκινητή και των σταθεροποιητών (ανιονικού/ μη-ιονικού), η θερμοκρασία και η διάρκεια πολυμερισμού, το είδος του αναδευτήρα και ο ρυθμός ανάδευσης, στις προαναφερθείσες ιδιότητες του παραγόμενου πολυμερούς.