سنتز ذرات پلی‌بوتادی‌ان به روش پلیمرشدن امولسیونی: اثر مقدار امولسیون‌کننده و آغازگر بر سینتیک واکنش و اندازه ذرات لاتکس

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه تربیت مدرس و پژوهشگاه صنعت نفت

2 پژوهشگاه صنعت نفت

3 شرکت پتروشیمی تبریز

چکیده

پلیمرشدن امولسیونی ناپیوسته بوتادی­ان در راکتور Buchi مجهز به همزن مکانیکی (با سرعت rpm۳۰۰) با استفاده از مقادیر مختلف پتاسیم پرسولفات به عنوان آغازگر و رُزین تسهیم نامتناسب شده به عنوان امولسیون­کننده در دمای ۷۰ درجه سانتی گراد انجام شد. ترشیودودسیل مرکاپتان به عنوان عامل انتقال زنجیر در واکنش‌ها استفاده شد. تبدیل واکنش در فاصله­های زمانی مختلف به روش وزن‌سنجی معین شد. سپس، سرعت پلیمرشدن از روی شیب منحنی‌های تبدیل بر حسب زمان محاسبه شد. میانگین اندازه ذرات و توزیع اندازه ذرات لاتکس پلی‌بوتادی­ان به کمک روش­های پراکندگی نور دینامیک و میکروسکوپی الکترونی پویشی اندازه‌گیری شد. بسته به شرایط پلیمرشدن، لاتکس‌های پلی‌بوتادی­ان با قطر متوسط ذرات در محدوده ۵/۸۸ ت اnm ۱۸۹ و توزیع اندازه ذرات در محدوده ۳۵ تا nm ۴۰۰ به­دست آمد. تعداد ذرات بر واحد حجم فاز پیوسته با استفاده از داده­های میانگین اندازه ذرات محاسبه و سپس سرعت پلیمرشدن بر ذره یا معادل آن تعداد زنجیرهای در حال رشد بر ذره ارزیابی شد. نتایج نشان داد، با افزایش مقدار امولسیون­کننده، اندازه ذرات کاهش و سرعت پلیمرشدن افزایش می‌یابد. از سوی دیگر، تعداد زنجیرهای در حال رشد بر ذره با افزایش غلظت امولسیون­کننده تا حدی کاهش یافت. بر خلاف پلیمرشدن امولسیونی کلاسیک، اندازه نانوذرات و سرعت پلیمر شدن چندان تحت تأثیر غلظت آغازگر قرار نگرفت. نتایج بررسی روند واکنش نشان داد، سینتیک پلیمرشدن امولسیونی بوتادی­ان از سینتیک Smith-Ewart حالت 1 (n<<0/5) پیروی می‌کند. این رفتار به کارایی کم آغازگر در فرایندهای هسته‌زایی و رشد ذرات نسبت داده شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Synthesis of Polybutadiene Particles via Emulsion Polymerization: Effect of Emulsifier and Initiator Contents on the Reaction Kinetics and Latex’s Particle Size

نویسندگان [English]

  • Mahdi Abdollahi 1
  • Mohammad Reza Yousefi 2
  • Heidar Ranjbar 3
  • Fatemeh Rekabdar 2
1 Tarbiat Modares University, Research Institute of Petroleum Industry
2 Research Institute of Petroleum Industry
3 Tabriz Petrochemical Company
چکیده [English]

Batch emulsion polymerization of butadiene was performed at 70°C in a Buchi reactor equipped with mechanical stirrer (300 rpm) in the presence of potassium persulfate (KPS), and disproportionate rosinate, potassium cation (DPR) as initiator and emulsifier, respectively. t-Dodecyl mercaptane was used as a chain transfer agent in polymerization reactions. Conversion was measured at various time intervals by gravimetry. Polymerization rate was then calculated from the slope of conversion versus time curves. Particle size and its distribution of the polybutadiene latex (PBL) were measured by dynamic light scattering (DLS) and scanning electron microscopy (SEM). Depending on the emulsion polymerization conditions, PBL latices were obtained with average particles’ diameter and particle size distribution in the range of 88.5-189 nm and 35-400 nm, respectively. The number of particles per unit volume of the continuous phase was calculated from the average particle size data, from which polymerization rate per particle or equally its number of growing chains per particle was evaluated. Results showed that by increasing the emulsifier concentration, the average particle size decreases while polymerization rate increases. Moreover, the number of growing chains per particle decreased slightly by increasing the emulsifier concentration. Unlike classic emulsion polymerization, particle size and polymerization rate were observed to be more or less independent of initiator concentration. The results obtained from investigation of the reaction trend showed that kinetics of the emulsion polymerization of butadiene follows case 1(n<<0/5) of the Smith-Ewart kinetics. The observed behaviour was attributed to the lower efficiency of initiator in the particle nucleation and growth processes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • emulsion polymerization
  • polybutadiene nanoparticles
  • polymerization kinetics
  • particle nucleation