Monovinil-divinilbenzen serbest radikal kopolimerizasyonunun jelleşme öncesi ve sonrası kinetik simulasyonu

Abstract

MONOVİNİL- DİVİNLBENZEN SERBEST RADİKAL KOPOLİMERİZASYONUNUN JELLEŞME ÖNCESİ VE SONRASI KİNETİK SİMULASYONU ZERRİN ACIR Anahtar Kelimeler: Stiren, divinilbenzen, çaprazbağ kopolimerizasyonu, şişme oranıjel oluşumu, şişme, kinetik teori. Özet: Stiren-divinilbenzen monomerlerinin serbest radikal çaprazbağ kopolimerizasyonu için daha önce geliştirilmiş olan kinetik bir model uygulandı. Jel oluşumu ve jelleşme sonrası jel özelliklerine, polimerizasyon sıcaklığı, monomer karışımındaki divinilbenzenin ağırlıkça yüzdesi, toplam monomer konsantrasyonu, ve başlatıcı benzoil peroksitin molar konsantrasyonunun etkileri detaylı olarak incelendi. Ayrıca sentez şartlarına bağlı olarak oluşan jellerin şişme oranlan incelendi. Jelleşme öncesi periyot için model hesaplamaları ile deney sonuçlan arasındaki uygunluğu görebilmek için Hild ve Okasha'nın stiren-divinilbenzen serbest radikal çaprazbağ kopolimerizasyonu ile gerçekleştirdikleri deney sonuçlan kullanıldı. Monomere ve solvente zincir transfer reaksiyonları, halka oluşumu ve çok katlı çaprazbağlanma reaksiyonları ihmal edildi. Ağırlıkça ortalama molekül ağırlığının sonsuza gittiği sürede (7.5 saat) çaprazbağlanma reaksiyon sabiti, kp3, bulundu. Deney sonuçlan ve model tahminleri jelleşme öncesi için tam bir uygunluk göstermiştir. Runga-Kutta sayısal integrasyon analiz yöntemi kullanılarak geliştirilen bilgisayar simulasyonuna halka oluşumu, çok katlı çaprazbağlanma reaksiyonları dahil edilerek jelleşme sonrası periyot için sol ve jel özellikleri incelenmiştir. Jelleşme sonrası reaksiyonların difüzyon kontrollü olması prosesin anlaşılmasını zorlaştırmaktadır. Bununla birlikte, konsantrasyon ve sıcaklık gibi iki önemli değişkenin kopolimerizasyonu ne yönde etkileyeceği tam olarak tahmin edilmektedir. Divinilbenzen yüzdesi arttıkça jelleşme daha düşük dönüşümlerde ve daha erken görülmektedir. Şişme oranı ise artan yüzde ile azalmaktadır. Başlatıcı benzoil peroksitin molar konsantrasyonun artması dönüşüm fraksiyonunun ve jelleşme süresinin artmasına neden olmaktadır. Ayrıca başlatıcı konsantrasyonu arttıkça şişme oranı azalmaktadır. Artan reaksiyon sıcaklığı jel oluşumunu daha erken sürelere kaydırmaktadır. Ancak sıcaklık arttıkça dönüşüm fraksiyonuda artmaktadır. Stiren yüzdesi ile jel oluşumu daha erken başlamakta ve daha düşük dönüşümler yeterli olmaktadır. Jel molekülünün şişme oranı artan stiren yüzdesi ile azalmaktadır.

THE KUNETIC SIMULATION OF MONOVINYL-DIVINYLBENZENE FREE RADICAL COPOLYMERIZATION IN THE PRE-GEL AND POST-GEL STATE ZERRİN ACER Keywords: Styrene, divinylbenzene, crosslinking copolymerization, swelling ratio, gel formation, swelling, kinetic theory. Abstract: The free radical crosslinking copolymerization of styrene/divinylbenzene monomers has been performed by adapting kinetic model which has been developed before. The effects of polymerization reaction temparature, the weight percent of divinylbenzene in total monomeric units, total monomer concentration, and initiator benzoyl perokside concentration to network formation and post-gel features have been widely evaluated. In addition, the swelling ratios of gels have been examined for different system parameters. Experimental data on the copolymerization of styrene with diviylbenzene obtained by Hild and Okasha were used to evaluate the applicability of the model. For the polymerization systems considered neglect cyclization reactions, multiple crosslinking reactions, and the chain transfer to solvent. The time (7.5 hours) that molecular weight average goes infinite, the crosslinking reaction constant has been determined. It is seen that the prediction of kinetic model are in good agreement with experimental results. By using the computer simulation including Runga-Kutta numerical integration method, sol and gel properties have been evaluated as a function of cyclization, multiple crosslinking, and temparature. Post-gel period is diffusion-controlled, so it causes a difficulty in understanding the mechanism. However, the effects of concentration and temperature are estimated well. With increasing divinylbenzene content, it accelarates gel growth in low conversion limits. However, swelling ratio decreases with an increase in divinylbenzene content. As the molar concentration of initiator benzoyl perokside increases, conversion and gelation time increase, ang swelling ratio decreases. With an increase in temparature, gel formation is estimated in early stages of polymerization with a higher conversion value. Finally, with an increase in styrene content, gel forms earlier with a lower conversion. The swelling ratio of a gel molecule decreases as the styrene content increases.