فهرست:
فهرست مطالب
عنوان شماره صفحه
چکیده.............................................................................................................................................1
فصل اول : مقدمه.. 2
1-1- تاریخچه.. 2
1-2- ویژگی‌های لاستیک نیتریل.. 3
1-3- کاربردهای لاستیک نیتریل.. 4
1-4- ساختار شیمیایی.. 5
1-5- مقدار آکریلونیتریل.. 7
1-6- فرآیند تولید.. 7
1-6-1- پلیمریزاسیون. 7
1-6-2- تکمیل‌سازی.. 9
1-7- مقایسه دو روش سرد و گرم. 10
1-8- اهداف... 10
1-8-1- بررسی ریزساختار و ترکیب کوپلیمر لاستیک نیتریل.. 11
1-8-2- بررسی خواص فیزیکی لاستیک نیتریل.. 12
1-8-3- بررسی لاتکس.... 12
فصل 2 : تئوری و مروری بر مطالعات انجام شده. 14
2-1- تئوری پلیمریزاسیون امولسیونی کلاسیک.... 14
2-2- سینتیک پلیمریزاسیون امولسیونی.. 17
2-2-1- مکانیسم هارکینز. 17
2-2-2- تئوری اسمیت و اوارت.. 18
2-2-3- بررسی سینتیک پلیمریزاسیون امولسیونی.. 19
2-2-4- تغییرات سرعت با درصد تبدیل.. 20
2-3- مکانیزم های هسته گذاری.. 21
2-3-1- شکل گیری ذرات.. 22
2-3-2- سهم مکانیسم‌های هسته گذاری مختلف برای شکل گیری ذرات.. 22
2-3-3- سرنوشت رادیکال‌ها در پلیمریزاسیون امولسیونی.. 23
2-4- پایداری کلوئیدی در پلیمریزاسیون امولسیونی.. 24
2-4-1- مکانیسم های پایدارکنندگی.. 24
2-4-2- اثر الکترولیت‌های مختلف بر پایداری کلوئیدی.. 26
2-4-3- فرآیند لخته کردن. 26
2-5- ترکیبات تشکیل‌دهنده پلیمریزاسیون امولسیونی و مواد مورد استفاده. 27
2-5-1- مونومرها و نسبت آنها 27
2-5-2- آب.. 28
2-5-3- سیستم شروع کننده. 28
2-5-4- عوامل فعال سطحی.. 36
2-5-5- عوامل انتقال به زنجیر. 39
2-5-6- بازدارنده‌ها 39
2-6- اصول کوپلیمریزاسیون. 40
2-6-1- بررسی کوپلیمریزاسیون امولسیونی مونومرهای بوتادین و آکریلونیتریل.. 42
2-6-2- کوپلیمریزاسیون. 42
2-6-3- فرآیندهای کوپلیمریزاسیون امولسیونی.. 47
2-7- مشخصات فرآیند و محصول.. 50
2-7-1- جرم مولکولی و توزیع آن. 50
2-7-2- ترکیب شیمیایی کوپلیمر و توزیع آن. 51
2-7-3- اتصالات عرضی.. 54
2-7-4- مشخصات ماکروسکوپی.. 55
2-8- جمع بندی.. 56
فصل سوم : مواد مورد استفاده و روش های انجام کار 57
3-1- مواد مورد استفاده. 57
3-2- روش تهیه نمونه ها 58
3-2-1- مشخصا ت راکتور 58
3-2-2- روش تهیه.. 59
3-3- آزمایش های طراحی شده. 62
3-3-1- روش های آماری برای تعیین دستور خوراک بهینه.. 62
3-3-2- بررسی اثر عوامل مختلف بر روی خواص مولکولی و ماکروسکوپی.. 63
3-4- آزمون ها و دستگاه های مورد استفاده برای شناسایی لاستیک نیتریل.. 63
3-4-1- اندازه گیری درصد جامد لاتکس و درصد تبدیل.. 63
3-4-2- روش لخته سازی.. 64
3-4-3- اندازه گیری ژل.. 65
3-4-4- آزمون ویسکوزیته مونی.. 65
3-4-5- آزمون رئومتر. 66
3-4-6- آزمون کشش.... 66
3-4-7- آزمون مانایی فشاری.. 67
3-4-8- آزمون جهندگی.. 67
3-4-9- آزمون سختی.. 67
3-4-10- آزمون طیف‌سنجی رزونانس مغناطیس هسته ( NMR ) 67
3-4-11- آزمون تفرق نور پویا ( DLS ) 68
3-4-12- آزمون گرماسنجی روبشی دیفرانسیلی( DSC ) 68
3-4-13- آزمون آنالیز عنصری ( CHNO ) 68
فصل چهارم : نتایج و بحث... 69
4-1- مقدمه‌ای بر طراحی آزمایش (DOE) 69
4-2- طراحی آزمایش غربالی پلاکت – بورمن.. 72
4-2-1- نتایج مربوط به تعیین درصد تبدیل: 76
4-2-2- آنالیز داده ها 76
4-3- طراحی آزمایش تمام عاملی.. 82
4-3-1- نتایج مربوط به تعیین درصد تبدیل.. 84
4-3-2- آنالیز داده ها 85
4-4- تعیین دستور خوراک بهینه.. 92
4-4-1- نتایج مربوط به آزمون تفرق نور پویا 93
4-4-2- نتایج مربوط به آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی.. 95
4-4-3- بررسی ریزساختار کوپلیمر با استفاده از NMR.. 96
4-4-4- اندازه گیری ژل.. 103
4-5- بررسی تغییرات ریز ساختار کوپلیمر در حین پلیمریزاسیون. 104
4-5-1- آزمون آنالیز عنصری.. 104
4-5-2- آزمون NMR.. 111
4-6- تغییر عوامل به صورت مجزا بر روی دستور خوراک بهینه.. 118
4-6-1- بررسی اثر امولسیفایر صابون روزینی بر روی سینتیک پلیمریزاسیون. 118
4-6-2- بررسی اثر دما بر روی میزان ژل.. 122
4-6-3- بررسی اثر عامل انتقال به زنجیر بر روی جرم مولکولی.. 123
4-7- خواص فیزیکی و مکانیکی.. 124
4-7-1- تعیین خواص مکانیکی آمیزه تهیه شده از محصول بهینه (NBR-FF 6) 124
4-7-2- بررسی اثر جرم مولکولی و دمای تهیه کوپلیمر بر روی خواص کششی.. 127
فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات.. 129
مراجع.. 132
منبع:
[1] Hofmann W., “A Rubber Review for 1963 Nitrile Rubber,” Rubber Chem. Technol., 1–252, 1964.
[2] Othmer, R. E. Kirk D. F., “Encyclopedia of chemical technology (4thed.).”New York: Wiley-Interscience., 1998.
[3] “www.icis.com.” .
[4] Hoffman W., “Synthetic Rubber in Rubber Technology Handbook.” Hanser Publisher, Munich, 1988.
[5] El-Aasser P. A. L. and M. S., “Emulsion polymerization and emulsion polymer.”John Wiley & Sons Ltd, 1997.
[6] Anderson C. D., Daniels E. S., “Emulsion polymerisation and latex applications.”iSmithers Rapra Publishing, 2003.
[7] Chern C. S., “Emulsion polymerization mechanisms and kinetics,” Prog. Polym. Sci., 5, 443–486, 2006.
[8] Harkins W. D., “A General Theory of the Mechanism of Emulsion Polymerization1,” J. Am. Chem. Soc., 6, 1428–1444, 1947.
[9] Parts A. G., Moore D. E., Watterson J. G., “Some considerations concerning the theory of emulsion polymerization,” Die Makromol. Chemie, 1, 156–164, 1965.
[10] Ugelstad J., Mørk P. C., Aasen J. O., “Kinetics of emulsion polymerization,” J. Polym. Sci. Part A‐1 Polym. Chem., 9, 2281–2288, 1967.
[11] Jingyu Shi, “Steric Stabilization,” Ohio State University, 2002.
[12] Smith W. V, “The Partition of Acrylonitrile between Styrene and Water,” J. Am. Chem. Soc., 6, 2177–2179, 1948.
[13] Mino G., “Copolymerization of styrene and acrylonitrile in aqueous dispersion,” J. Polym. Sci., 102, 369–383, 1956.
[14] Lu Q., Weng Z., Shan G., Lai G., Pan Z., “Effect of acrylonitrile water solubility on the suspension copolymerization of acrylonitrile and styrene,” J. Appl. Polym. Sci., 6, 4270–4274, 2006.
[15] Madhuranthakam C. M. R., Penlidis A., “Modeling uses and analysis of production scenarios for acrylonitrile‐butadiene (NBR) emulsions,” Polym. Eng. Sci., 10, 1909–1918, 2011.
[16] “www.engineeringtoolbox.com.” .
[17] Bacon R. G. R., “The initiation of polymerisation processes by redox catalysts,” Q. Rev. Chem. Soc., 3, 287–310, 1955.
[18] Blackley D. C., “Emulsion Polymerisation (Theory and Practice).”Applied Science Publishers LTD, 1975.
[19] Sarac A. S., “Redox polymerization,” Prog. Polym. Sci., 8, 1149–1204, 1999.
[20] Santana-Casiano J. M., Gonzalez-Davila M., Millero F. J., “The role of Fe (II) species on the oxidation of Fe (II) in natural waters in the presence of O2 and H2O2” Mar. Chem., 1, 70–82, 2006.
[21] Andersen H. M., Proctor S. I., “Redox kinetics of the peroxydisulfate–iron–sulfoxylate system,” J. Polym. Sci. Part A Gen. Pap., 6, 2343–2366, 1965.
[22] Wicklatz J. E., Kennedy T. J., Reynolds W. B., “Hydroperoxides as initiators of emulsion polymerizations at low temperatures,” J. Polym. Sci., 1, 45–58, 1951.
[23] Fryling C. F., Follett A. E., “New oxidants for initiation of emulsion polymerization in antifreeze recipes at− 10° C.,” J. Polym. Sci., 1, 59–72, 1951.
[24] Vandenberg E. J., Hulse G. E., “Cumene Hydroperoxide in Redox Emulsion Polymerization,” Ind. Eng. Chem., 5, 932–937, 1948.
[25] Van Herk A., Gilbert B., “Chemistry and Technology of Emulsion Polymerization.”Wiley-Blackwell, 2008, 46–78.
[26] Azorlosa J. Lo, “Resin Acid Soaps in GR-S Polymerization,” Ind. Eng. Chem., 8, 1626–1629, 1949.
[27] Hays J. T., Drake A. E., Pratt Y. T., “Disproportionated Rosin Soap in GR-S Polymerization,” Ind. Eng. Chem., 9, 1129–1132, 1947.
[28] Dubé M. A., Penlidis A., Mutha R. K., Cluett W. R., “Mathematical modeling of emulsion copolymerization of acrylonitrile/butadiene,” Ind. Eng. Chem. Res., 12, 4434–4448, 1996.
[29] Washington I. D., Duever T. A., Penlidis A., “Mathematical Modeling of Acrylonitrile-Butadiene Emulsion Copolymerization: Model Development and Validation,” J. Macromol. Sci. Part A Pure Appl. Chem., 8, 747–769, 2010.
[30] Minari R. J., Gugliotta L. M., Vega J. R., Meira G. R., “Continuous emulsion copolymerization of acrylonitrile and butadiene: computer simulation study for improving the rubber quality and increasing production,” Comput. Chem. Eng., 9, 1073–1080, 2007.
[31] Vega J. R., Gugliotta L. M., Meira G. R., “Emulsion copolymerization of acrylonitrile and butadiene in an industrial reactor: Mathematical modeling, estimation, and control of polymer quality variables on the basis of calorimetric measurements,” Lat. Am. Appl. Res., 2, 115–122, 2003.
[32] Minari R. J., Gugliotta L. M., Vega J. R., Meira G. R., “Continuous emulsion copolymerization of acrylonitrile and butadiene: Simulation study for reducing transients during changes of grade,” Ind. Eng. Chem. Res., 23, 7677–7683, 2007.
[33] Vega J. R., Gugliotta L. M., Bielsa R. O., Brandolini M. C., Meira G. R., “Emulsion copolymerization of acrylonitrile and butadiene. Mathematical model of an industrial reactor,” Ind. Eng. Chem. Res., 4, 1238–1246, 1997.
[34] Rodríguez V. I., Estenoz D. A., Gugliotta L. M., Meira G. R., “Emulsion copolymerization of acrylonitrile and butadiene. Calculation of the detailed macromolecular structure,” Int. J. Polym. Mater., 6, 511–527, 2002.
[35] Vega J. R., Gugliotta L. M., Meira G. R., “Emulsion copolymerization of acrylonitrile and butadiene. Semibatch strategies for controlling molecular structure on the basis of calorimetric measurements,” Polym. React. Eng., 1–2, 59–82, 2002.
[36] Maxwell I. A., Kurja J., Van Doremaele G. H. J., German A. L., “Thermodynamics of swelling of latex particles with two monomers,” Die Makromol. Chemie, 8, 2065–2080, 1992.
[37] Embree W. H., Mitchell J. M., Williams H. L., “Compositional heterogeneity of butadiene-acrylonitrile copolymers prepared in emulsion at 5 C,” Can. J. Chem., 3, 253–269, 1951.
[38] Guyot A., Guillot J., Graillat C., Llauro M. F., “Controlled composition in emulsion copolymerization application to butadiene-acrylonitrile copolymers,” J. Macromol. Sci., 6–7, 683–699, 1984.
[39] Van den Brink M., Pepers M., van Herk A. M., German A. L., “On-line monitoring and composition control of the emulsion copolymerization of VeoVa 9 and butyl acrylate by Raman spectroscopy,” Polym. React. Eng., 2, 101–133, 2001.
[40] McCaffery T. R., Durant Y. G., “Application of low‐resolution Raman spectroscopy to online monitoring of miniemulsion polymerization,” J. Appl. Polym. Sci., 7, 1507–1515, 2002.
[41] Arzamendi G., Asua J. M., “Monomer addition policies for copolymer composition control in semicontinuous emulsion copolymerization,” J. Appl. Polym. Sci., 11, 2019–2036, 1989.
[42] G.H.J. van D., “Model Prediction, Experimental Determination, and Control of Emulsion Copolymer Microstructure,” Eindhoven University of Technology, The Netherlands, 1990.
[43] Dürr C. J., Hlalele L., Schneider-Baumann M., Kaiser A., Brandau S., Barner-Kowollik C., “Determining the Mark–Houwink parameters of nitrile rubber: a chromatographic investigation of the NBR microstructure,” Polym. Chem., 17, 4755–4767, 2013.
[44] Chakraborty S., Bandyopadhyay S., Ameta R., Mukhopadhyay R., Deuri A. S., “Application of FTIR in characterization of acrylonitrile-butadiene rubber (nitrile rubber),” Polym. Test., 1, 38–41, 2007.
[45] Katritzky A. R., Weiss D. E., “Carbon-13 nuclear magnetic resonance spectroscopy of polymers. Part II. Determination of monomer sequence distribution in butadiene–acrylonitrile copolymer,” J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2, 13, 1542–1547, 1974.
[46] Anachkov M. P., Stefanova R. V, Rakovsky S. K., “1H NMR study of monomer sequence distributions in some commercial acrylonitrile‐butadiene copolymers,” Br. Polym. J., 5, 429–432, 1989.
[47] Nakajima N., Harrell E. R., Kumler P. R., Seil D. A., Jorgensen A. H., “From polymerization to product: The effect of molecular structure on the properties of butadiene‐acrylonitrile copolymer elastomer,” Adv. Polym. Technol., 3‐4, 267–276, 1984.
[48] Dürr C. J., Emmerling S. G. J., Lederhose P., Kaiser A., Brandau S., Klimpel M., Barner-Kowollik C., “High molecular weight acrylonitrile–butadiene architectures via a combination of RAFT polymerization and orthogonal copper mediated azide–alkyne cycloaddition,” Polym. Chem., 4, 1048–1060, 2012.
[49] Kaiser A., Brandau S., Klimpel M., Barner‐Kowollik C., “Acrylonitrile‐Butadiene Rubber (NBR) Prepared via Living/Controlled Radical Polymerization (RAFT),” Macromol. Rapid Commun., 18, 1616–1621, 2010.
[50] Skoog D. A., West D. M., Holler F. J., “Fundamentals of analytical chemistry.”New York, NY (US); WB Saunders Co., Holt, Rinehart and Winston, 1988.
[51] Ciesielsky A., “An introduction to rubber technology.”iSmithers Rapra Publishing, 1999, 112.
[52] “http://techcenter.lanxess.com/pbr/emea/en/products/description/6/index.jsp?pid=6.” .
[53] Menard K. P., “Dynamic mechanical analysis: a practical introduction.”CRC press, 2008.
[54] ضیائی ف., “کاربرد رزونانس مغناطیسی هسته در پلیمرها,” 1st ed. تهران: پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران, 1392, 90–99.
[55] Uraneck C. A., Burleigh J. E., “Modification of butadiene–acrylonitrile and styrene–acrylonitrile copolymerizations in emulsion systems,” J. Appl. Polym. Sci., 5, 1075–1095, 1968.