Sürekli mikrodalga ortamında stirenin emülsiyon polimerizasyonu
Continuously microwave assisted emulsion polymerization
Yazar: SEVAL ÖZCAN
Danışman: PROF. DR. MAHMUT  BAYRAMOĞLU
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Stirenin mikrodalga (MW) destekli emülsiyon polimerizasyonunun incelendiği bu çalışmada; su/monomer, surfaktan/monomer, başlatıcı/monomer ağırlık oranları, sıcaklık, zaman, MW gücü olmak üzere 6 proses değişkeninin polimerizasyon verimi ve spesifik MW enerji tüketimi üzerindeki etkileri araştırıldı. Denemeler birebir aynı şartlarda geleneksel (termal) yöntemle tekrar edilerek MW'nın etkisi karşılaştırılmalı olarak incelendi. Literatürdeki diğer çalışmalardan farklı olarak, uygun bir deney düzeneği ile reaksiyon boyunca MW ortamından dış ortama kontrollü ısı transferi gerçekleştirilerek sıcaklığın ve ortamda absorblanan MW gücünün sürekli ve sabit tutulması sağlandı.
Sistematik inceleme sonucunda; sıcaklık = 75 °C, surfaktan/monomer = 0,06, başlatıcı/monomer = 0,004 ve su/monomer = 6 değerlerinin optimum olduğu tesbit edildi. MW gücüne bağlı olarak, verim başlangıçta nispeten daha hızlı artmakta, fakat daha sonra artış hızı düşerek verim sabit bir değere ulaşmaktadır. MW gücünün özellikle kısa reaksiyon sürelerinde etkin olduğu görülmektedir: MW'nin özel (atermal) etkisi ile başlatıcının bozunma hızı artmakta, dolayısıyla polimerizasyonun 1. safhası (monomer-misel çekirdeklenmesi) hızlanmaktadır. Sulu ortamda serbest radikallerin tükenmesini takiben polimerizasyonun 2. safhasına (lateks taneciklerinin gelişmesi) geçilmesiyle, atermal etki yerini daha zayıf termal etkiye bırakmaktadır.
MW destekli polimerizasyon yönteminin termal yönteme göre avantajlarını ortaya koymak amacıyla, aynı (optimum) Ģartlarda MW ve termal deneyler yürütüldü. % 95 verim sağlayan reaksiyon süresi karşılaştırma aracı olarak kullanıldı. Sonuçta; termal yöntem süresinin 95 dakika, 0.8 kW dm-3 seviyesinde MW gücü uygulandığında ise 40 dakika olduğu görüldü. Dolayısıyla, MW yöntemi ile (termal yönteme göre) 2,4 kat bir zaman tasarrufu sağlanmış oldu. Her iki yöntem ile sentezlenen polimerlerin molekül ağırlıkları ve termal özelliklerinin de birbirine yakın değerlerde olduğu tespit edildi.




Anahtar Kelimeler: Mikrodalga, Emülsiyon Polimerizasyonu, Polistiren.

Abstract:
In this study, MW-assisted emulsion polymerization of styrene is examined. Weight ratios of water/monomer, surfactant/monomer, initiator/monomer, temperature, time, MW power namely six process variables and their effects on polymerization yield and MW specific energy consumption were investigated. Experiments were applied under same conditions and compared by both traditional (thermal) method and the MW method. Unlike other studies in the literature, with a suitable experimental setup, heat transfer from the MW reaction medium to external environment was controlled, so temperature and the MW power absorbed in the medium were kept continuous and constant during reaction.
As a result of systematic examination; optimum temperature was 75 °C; surfactant/monomer ratio was 0,06; initiator/monomer ratio was 0,004; and water/monomer ratio was 6. Depending on the MW power, yield increases relatively quickly at first, but then growth rate decreased and yield reached a constant value. MW power seems to be especially effective in short reaction times: Under the effect of MW's private (athermal), decomposition rate of the initiator increases, thus the first stage of polymerization (monomer-micelle nucleation) is accelerated. Following the depletion of free radicals in aqueous medium, second phase of polymerization (development of latex particles) by passing, leaving athermal impact location through on the weaker thermal effects.
To demonstrate the advantages of MW-assisted polymerization method based on the thermal method, MW and thermal experiments were conducted under the same conditions. Reaction time was used as the comparison tool that providing 95 % yield. As a result; thermal process time was found to be 95 minutes and applied power was 0.8 kwdm-3 while with MW method process time was 40 minutes. Thus, by applying MW method, reaction time was saved by 2.4 times (according to the thermal method). The molecular weights and thermal properties of the polymers which were synthesized using both methods were also found to be in close proximity values.


Key Words: Microwave, Emulsion Polymerization, Polystyrene.