Síntese de copolímeros de estireno-divinilbenzeno por polimerização radicalar convencional e mediada por nitróxido: experimentos e modelagem matemática. - Aguiar, Leandro Gonçalves de (2013)
Foram realizados experimentos de homopolimerização de estireno e copolimerização de estireno-divinilbenzeno em solução e suspensão aquosa pelos métodos convencional (FRP) e mediado por nitróxido (NMRP). Objetivou-se atingir um maior grau de entendimento sobre estes sistemas em relação ao que se tem na literatura. Para isto, três modelos matemáticos foram avaliados através de validação com os dados obtidos nos experimentos. Os experimentos foram conduzidos em reator de batelada isotérmico. As principais variáveis exploradas neste trabalho foram: temperatura de reação, concentração inicial de divinilbenzeno, diluição inicial da mistura de monômeros e técnicas de polimerização (FRP e NMRP). Os modelos matemáticos foram intitulados: Modelo A, Modelo B e Modelo C. O Modelo A consiste de um balanço de espécies não poliméricas e grupos poliméricos. A determinação das massas moleculares médias e da fração de gel foi feita através de balanços populacionais em termos de função geradora em conjunto com o método das características. Os modelos B e C consistiram de balanços de massa para espécies não poliméricas e método dos momentos para radicais ativos, radicais dormentes e polímero morto. A obtenção das massas moleculares médias e da fração de gel foi feita através do método do fracionamento numérico. Nestes dois modelos, foram consideradas as reações de ciclização através do método dos caminhos. Este método consiste num balanço de segmentos de cadeia que conectam grupos poliméricos. O número máximo de unidades monoméricas, considerado para estes segmentos foi 100 e o valor da constante cinética de ciclização do menor segmento ciclizável (3 unidades monoméricas) foi 450 s-1 para a temperatura de 90°C. O Modelo C leva em conta a redução da reatividade das ligações cruzadas em função do tamanho médio das cadeias em cada geração. Os resultados mostraram que, quando comparado com a FRP, a polimerização NMRP permite somente um controle limitado sobre o processo de reticulação, produzindo distribuições largas de tamanhos de cadeia. Micro e nanoestruturas foram identificadas em produtos obtidos por FRP e NMRP lineares e não lineares. Estas estruturas parecem ser consequência do processo de síntese (ex.: operação em temperatura de reação acima da temperatura de transição vítrea) e do tratamento dos produtos. Massa molecular média mássica e fração de gel foram afetadas consideravelmente pelas reações de ciclização em copolimerizações FRP, porém apresentaram pouca sensibilidade a estas reações em copolimerizações NMRP. A inclusão do mecanismo de ciclização, por si só (no Modelo B), não foi suficiente para produzir bons ajustes modelo/experimentos em termos de massa molecular média mássica (Mw) e fração de gel (Wg). No entanto, o Modelo C é capaz de fornecer boas previsões de Mw e Wg simultaneamente para os experimentos realizados a 90°C. O presente estudo mostrou uma análise na qual os modelos podem se complementar e fornecer subsídios para o desenvolvimento de um modelo unificado.