سينتيك پليمرشدن توده گرمايي دمازياد متيل‌ استيرن

Kinetics of High-Temperature Bulk Thermal Polymerization of Methyl Styrene

فرضيه: مونومر متيل ‌‌استيرن از مشتقات استيرن است كه از قرارگرفتن گروه متيل روي گروه بنزني يا وينيلي به‌وجود مي‌آيد. پلي(‌متيل ‌استيرن) افزون بر خواص مشابه پلي‌استيرن داراي خواصي ويژه از جمله چگالي كمتر و دماي انتقال شيشه‌اي بيشتر نسبت به پلي‌استيرن است كه محدوده دماي عملكري آن را تحت تأثير قرار مي‌دهد. دانش سينتيك پليمرشدن امكان ايجاد ساختار پيچيده با روش‌هاي مختلف پليمرشدن را مي‌دهد. هدف اصلي اين مقاله بررسي سينتيك پليمرشدن رايكالي آزاد متيل ‌استيرن (%64 ايزومر متا و %36 پارامتيل ‌استيرن) با استفاده از مدل‌هاي مرتبه دوم و سوم و معادله‌هاي ممان در محدوده دمايي 140-80 درجه سلسيوس است. روش‌ها: پليمرشدن توده گرمايي متيل ‌استيرن در محدوده‌ دمايي 140-80 درجه سلسيوس با روش آمپول انجام شد. درصد تبديل نمونه‌ها با روش وزن‌سنجي و متوسط وزن مولكولي از آزمون سوانگاري ژل تراوشي (GPC) محاسبه شد. مدل‌سازي پليمرشدن متيل ‌استيرن از حل معادله‌هاي ممان واكنش‌هاي موجود در پليمرشدن با نرم‌افزار MATLAB، شبيه‌سازي شد. مدل‌هاي ارائه‌شده براي مرحله‌ آغاز پليمرشدن شامل دو بخش شروع مرتبه سوم و دوم نسبت به مونومر بود. يافته‌ها: نتايج نظري به‌دست‌آمده از هر دو روش آغاز، با نتايج تجربي به‌دست آمده با روش وزن‌سنجي انطباق قابل قبولي نشان داد. همچنين مشخص شد، مدل مرتبه‌ سوم نسبت به مرتبه دوم انطباق‌پذيري بهتري دارد. نتايج مشابهي براي مدل‌سازي متوسط‌هاي وزن مولكولي به‌دست آمد. مشخص شد، اثر ژل نسبت به انتقال به مونومر مؤثرتر بوده و اين اثر بر متوسط وزني وزن مولكولي بيشتر از متوسط عددي وزن مولكولي بوده است. از سوي ديگر، مدل پليمرشدن ايده‌آل كه شامل حذف اثر ژل و ثابت درنظرگرفتن ثابت‌هاي سرعت است، انطباق خوبي با نتايج تجربي نشان نداد.

Hypothesis: Methyl styrene monomer is a styrene derivative, created by the methyl group(s) substituted on the benzene ring. Polymethyl styrene has similar properties as with polystyrene (PS) but a lower density and higher glass transition than PS. The knowledge of polymerization kinetics allows us to construct complex polymeric architectures with different polymerization techniques and controlling their polymerization conditions. The aim of this study is to study the kinetics of free radical polymerization of methyl styrene (64% meta- and 36% para-methyl styrene isomers) in the temperature range of 80-140°C, using second- and third-order thermal initiation models and moment equations. Method: All polymerization runs were carried out through the ampoule method. Bulk thermal polymerization of methyl styrene was established in the range of 80-140°C and conversions were measured gravimetrically. Modeling of methyl styrene polymerization was simulated by MATLAB and moment equations. Moment equations were obtained by using the polymerization reaction. The assumed models for the initiation step of polymerization included second- and third-order in the monomer. Finding: The theoretical results obtained from both initiation methods showed good agreement with the experimental results acquired from the gravimetric method. Also, it was demonstrated that the third-order model has better adaptation with experimental results of conversion than the second-order model. The similar results were obtained for modeling of average molecular weights. It was revealed that the gel effect had stronger effect on the average molecular weight than monomer transfer. This effect was more significant for weight average molecular weight than number average molecular weight. On the other hand, an ideal polymerization model, with no gel effect assumptions and having the same rate constants throughout, does not make good agreement with the experimental results.