Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T02:14:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 308280.pdf: 1174456 bytes, checksum: 0e1de2cf4b2279477978f931ec78b88b (MD5) / O poliestireno expansível (EPS) é amplamente utilizado em diferentes áreas da engenharia, pois se trata de uma das matérias primas mais importantes, sendo utilizado em diversas aplicações. Contudo, o EPS apresenta alguns inconvenientes quanto a sua aplicação em altas temperaturas. Quando exposto a uma fonte de calor o material polimérico se decompõe formando produtos voláteis combustíveis, tornando o EPS um material facilmente inflamável. Esta elevada flamabilidade impulsiona o constante estudo em relação à retardância à chama do EPS. Durante muito tempo os compostos retardantes à chama contendo halogenados em sua formulação têm sido incorporados como aditivos em diferentes classes de materiais poliméricos e apresentam uma boa eficiência. Atualmente a indústria de plástico vem sendo pressionada por organizações ambientais e sanitárias, as quais são contra o uso de compostos contendo halogenados como retardantes à chama. A combustão de retardantes à chama halogenados resulta na formação de fumaça com diversas espécies prejudiciais à saúde. Na busca de um composto retardante à chama seguro ao meio ambiente, vem sendo desenvolvidos diversos estudos com diferentes tipos de compostos livres de halogenados. Neste trabalho foram empregados em um estudo inicial cinco tipos de retardantes à chama. Foram realizados ensaios e caracterizações dos produtos obtidos entre o poliestireno e os retardantes à chama com objetivo de verificar a eficiência dos compostos. Após esta classificação prévia dos compostos quanto a sua eficiência, o trifenilfosfato (TFF) foi considerado o mais eficiente. O TFF foi então utilizado na segunda parte do trabalho, onde mais um composto retardante à chama, o enxofre, foi adicionado ao poliestireno. Sabe-se que estes dois compostos, quando utilizados juntos no poliestireno apresentam boa retardância à chama; estudos demonstram que essa eficiência pode ser tão boa quanto a eficiência apresentada pelo hexabromociclododecano. O bom desempenho se dá através da sinergia que existe entre os compostos, onde cada molécula atua por meio de mecanismos complementares. A técnica mais utilizada atualmente para adicionar retardantes à chama ao poliestireno consiste da mistura física dos compostos, formando blendas de polímero e retardantes à chama. Este trabalho propõe uma nova metodologia de adição, onde um dos retardantes à chama será agregados ao polímero in situ, ou seja, durante a polimerização e o outro logo após o término da reação, com o material polimérico ainda dentro do reator. A polimerização em suspensão é muito utilizada pela indústria no preparo do EPS. A elaboração de uma nova metodologia de adição de compostos retardantes à chama, sendo estes retardantes livres de halogenados pode ocasionar em uma melhora do processo utilizado atualmente pela indústria, resultando em um produto em conformidade com as novas regulamentações sanitárias e ambientais

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2012-10-25T17:37:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 298262.pdf: 2708733 bytes, checksum: 6b89d0a052481e1b8532781916d17523 (MD5) / Partículas submicrométricas estruturadas apresentam grande potencial para aplicação em tintas e filmes de recobrimento como agente de opacidade, substituindo parcialmente o dióxido de titânio em suas formulações, além de aumentar a resistência dos filmes à umidade e à abrasão. A impregnação de um agente expansor em partículas poliméricas para posterior expansão é um processo bem estabelecido industrialmente para obtenção do poliestireno expansível (EPS), porém, há poucos relatos de seu emprego na obtenção de partículas submicrométricas expansíveis. Neste contexto, o presente trabalho trata da síntese de partículas polimé-ricas submicrométricas, através da polimerização em emulsão e minie-mulsão, e posterior expansão das mesmas. A etapa de síntese visou à obtenção de látices com partículas de diferentes tamanhos, massas mola-res, estruturas e composições. Os resultados mostram que, através das reações de polimerização em emulsão do estireno, foi possível obter partículas com diferentes tamanhos, mediante à manipulação da concen-tração de surfatante, e polímeros com baixa massa molar, através da presença de agente de transferência de cadeia. Nas reações de polimeri-zação em miniemulsão, nanocápsulas com núcleo de hexadecano e par-tículas com n-octano, n-heptano e cera de polietileno incorporado foram obtidas. Também foram obtidos polímeros reticulados, através da adição de divinilbenzeno, e polímeros com massa molar mais elevada, através da redução da concentração do iniciador peróxido de benzoíla. As partículas dos diferentes látices obtidos na etapa de síntese foram submetidas à impregnação de um agente expansor e posterior expansão. Os ensaios de impregnação e expansão foram realizados com teores de sólidos e agente expansor de 0,5% e 400%, em relação à massa total e de polímero, respectivamente. Os resultados obtidos mostram que apenas as partículas de PS com diâmetro abaixo de 100 nm apresentaram variação significativa de volume, independente da massa molar ou temperatura de transição vítrea dos polímeros. Para as partículas submicrométricas com diâmetro acima de 100 nm, foi possível observar o inchamento das mesmas com agente expansor após o processo de impregnação, porém, não se obteve indícios do aumento de volume das mesmas após os processos de expansão. / Submicron structured particles have potential for application in paints and film coating as opacity agent, partially replacing titanium dioxide in their formulations, and increasing the abrasion and wet scrub resistance of the films. Impregnation of blowing agents in polymeric particles for later expansion is a well-established industrial process for the produc-tion of expandable polystyrene (EPS), but there are few reports of the use of this process in obtaining expandable submicron particles. In this work, polymeric submicron particles were synthesized using emulsion and miniemulsion polymerization techniques and subsequently ex-panded. The synthesis step aimed the formation of latex particles with different sizes, molar masses, structures and compositions. Results show that styrene emulsion polymerization reactions allowed the formation of particles with different sizes by changing surfactant concentration, and polymers with low molar mass with the addition of a chain transfer agent. In the miniemulsion polymerization reactions, nanocapsules with hexadecane cores and particles incorporating n-octane, n-heptane and polyethylene were obtained. Crosslinked polymers and polymers with higher molar masses were also obtained, with the addition of divinilben-zene and the reduction of the initiator, benzoyl peroxide, concentration, respectively. The particles of the different latexes obtained in the syn-thesis step were submitted to the impregnation with an expanding agent and subsequent expansion. Impregnation tests were performed with solid and blowing agent content of 0.5% and 400%, related to the total mass and of polymer, respectively. The results indicate that only the PS particles with diameters below to 100 nm show significant changes in the volume, independently of the polymer molar mass and glass transi-tion temperature. For submicron particles with diameter above 100 nm it was observed the swelling of the same with blowing agent after impreg-nation process, however, no evidence was obtained their expansion after the expansion process.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2013-07-16T03:15:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Os látex poliméricos têm ganhado cada vez mais relevância, tendo como grande vantagem a utilização de água como solvente. O meio mais utilizado na indústria para sua obtenção é a polimerização em emulsão, sendo que estes látex também podem ser obtidos via polimerização em miniemulsão.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:05:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 325453.pdf: 5087927 bytes, checksum: 6768c77181b8f0104eab3ba8c5f4c054 (MD5) Previous issue date: 2013 / A técnica de polimerização em miniemulsão, através do mecanismo de nucleação das gotas, possibilita a obtenção de nanopartículas com características únicas que tornam esta técnica singular. A modelagem matemática contribui na elucidação dos fenômenos envolvidos, mas devido à complexidade do processo, os modelos matemáticos disponíveis ainda apresentam algumas limitações. O presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de modelos matemáticos que representem de forma fiel o processo de homopolimerização em miniemulsão de estireno, utilizando um iniciador hidrossolúvel em um reator operado em batelada, com distribuição de tamanho das gotas monodispersa, ou assumindo a presença, no sistema, de duas populações de gotas com tamanhos diferentes. Os modelos propostos foram validados com dados experimentais da literatura mostrando-se adequados para descrever a cinética das reações em estudo. Após validação, os modelos foram empregados para estudar a influência das variáveis do sistema, tais como: temperatura, tamanho inicial das gotas, composição das populações de gotas, quantidades empregadas de emulsificante, de iniciador e de fase orgânica na conversão, no número médio de radicais por partícula (ñ) e no tempo de nucleação das gotas. Os resultados mostraram que a velocidade de reação é fortemente dependente da temperatura e do tamanho inicial das gotas. No início do processo, independentemente do tamanho das partículas e da quantidade de iniciador, as reações estudadas assumiram a terminação instantânea do radical polimérico existente na partícula com a entrada de um segundo radical fazendo com que o ñ seja igual a 0,5. O aparecimento do efeito gel esteve sujeito à quantidade de iniciador e durante o mesmo, quanto maior a concentração de iniciador maior o número de radicais por partícula, e quanto maior o tamanho das partículas maior o número médio de radicais por partícula. Na presença de duas populações de gotas com tamanhos diferentes, a reação decorreu mais rapidamente nas gotas pequenas (presentes em maior número), e um incremento na porcentagem destas aumentou a velocidade de reação. As frações em número de gotas e em massa diferiram consideravelmente e dependendo dos tamanhos das gotas avaliados mesmo com um número muito maior de gotas pequenas a quase totalidade da massa de fase orgânica encontrou-se nas gotas maiores diminuindo a velocidade de reação.<br> / Abstract : The miniemulsion polymerization technique, through the droplets nucleation mechanism, enables the acquisition of nanoparticles with unique characteristics that make this technique singular. The mathematical modeling contributes in the elucidation of the phenomena involved, but due to the complexity of the process, the available mathematical models still have some limitations. This work aims to develop mathematical models that faithfully represent the homopolymerization of styrene miniemulsion, making use of a hydrosoluble initiator in a batch reactor, with monodisperse size distribution of droplets, or assuming the presence, in the system, of two droplet populations with different sizes. The proposed models were validated with experimental data from the literature, showing to be adequate to describe the kinetics of the reactions under study. After validation, the models were employed to study the influence of system variables, such as: temperature; initial droplet size; droplet population composition; employed amounts of emulsifier, initiator and organic phase in the conversion, in the average radical number per particle (ñ) and in the droplet nucleation time. The results showed that the reaction rate is strongly dependent on the temperature and initial droplets size. At the beginning of the process, regardless of particle size and amount of initiator, the reactions studied assumed instantaneous termination of the polymer radical present in the particle with the entrance of a second radical making ñ equal to 0,5. The appearance of the gel-effect was subject to the amount of initiator and during the effect, the greater was the initiator concentration the greater was the radical number per particle, and the greater was the particle size the greater was the average radical number per particle. In the presence of two droplets populations with different sizes, the reaction took place more rapidly in small drops (present in greater number), and a growth in the percentage of these, increased the reaction rate. The fraction in number of droplets and mass differed considerably and depending on the evaluated droplets? sizes, even with a much larger number of small droplets, almost the entire mass of the organic phase was found in the larger droplets decreasing the reaction rate.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. / Made available in DSpace on 2012-10-20T22:27:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 206488.pdf: 1677039 bytes, checksum: 9529515022371d49de61a75fd6c1a0fc (MD5)

El objetivo principal de este trabajo fue evaluar el comportamiento mecánico de mezclas asfálticas del tipo Superpave y SMA (Stone Mastic Asphalt) mediante un análisis comparativo del desempeño del asfalto convencional y del asfalto modificado con SBS (estireno–butadieno-estireno). Determinando módulos dinámicos edométricos de mezclas asfálticas a diferentes temperaturas de ensayo.

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O objetivo dessa dissertação foi desenvolver e caracterizar formulações vulcanizáveis que tenham aplicação tecnológica, com resíduo de SBR gerado no processo industrial. Primeiramente, os resíduos de SBR (aparas de perfis expandidos) foram coletados segundo a norma NBR 1007. Em seguida, foram moídos em equipamentos do Laboratório e Polímeros da Universidade de Caxias do Sul. O pó obtido (SBR-r) foi caracterizado quanto às suas propriedades físicas (distribuição de tamanho de partícula, área superficial e microscopia eletrônica de varredura), térmicas (composição, características de degradação térmica, por análise termogravimétrica, e calorimetria exploratória diferencial) e físico-químicas (densidade de ligações cruzadas). Foi obtido um pó homogêneo, adequado para utilização como matéria-prima em composições revulcanizáveis. A partir do SBR-r, foram elaboradas seis composições (TW17S, TW17C, TW26S, TW26C, TW33S e TW33C), variando o sistema de vulcanização e a presença de óleo aromático. Essas composições foram comparadas com uma amostra controle, de formulação idêntica à utilizada na fabricação das aparas de perfis de SBR, apenas sem a adição do agente de expansão, fornecida pela empresa na qual as aparas de perfis de SBR foram coletadas. Antes da vulcanização, todas as composições foram caracterizadas quanto às propriedades térmicas, reológicas e viscoelásticas. Percebeu-se que a processabilidade de uma composição depende da presença ou não de óleo, já que a adição de óleo facilita a processabilidade. Através de analisador de processamento de borrachas foi determinado o limite de comportamento viscoelástico de todas as composições, mostrando semelhança entre si. Também foi comprovado o comportamento pseudoplástico das composições, através da determinação da viscosidade a diferentes taxas de cisalhamento. Os parâmetros de vulcanização das composições foram determinados por reometria de disco oscilatório (ODR), para a obtenção dos corpos de prova específicos para os ensaios propostos. Esses parâmetros mostraram a influência dos sistemas de cura usados. As composições vulcanizadas foram caracterizadas em relação à densidade de ligações cruzadas, características físico-mecânicas (densidade, resistência à tração, resistência ao rasgamento e dureza Shore A) e microscopia eletrônica de varredura. A determinação da densidade de ligações cruzadas foi definitiva no estudo dos sistemas de cura usados, pois justificou as propriedades mecânicas das composições. As propriedades mecânicas das composições desevolvidas encontram-se entre os valores tecnologicamente aplicados, com valores em torno de 70% do valor da amostra controle para resistência à tração e 50% para a resistência ao rasgamento. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-05-05T19:42:22Z No. of bitstreams: 1 Revulcanizacao de rejeito industrial de copolimero de butadieno e estireno - Tatiana Weber.pdf: 5078111 bytes, checksum: 3a72c4aaf44f57af3fa30e9270fcef97 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-05T19:42:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Revulcanizacao de rejeito industrial de copolimero de butadieno e estireno - Tatiana Weber.pdf: 5078111 bytes, checksum: 3a72c4aaf44f57af3fa30e9270fcef97 (MD5) / The objective of this work was to develope and characterize SBR industrial scraps vulcanizable formulations with technological applications. Firstly, SBR scraps were collected in accordance with the standard NBR 10007. Then, they were ground in equipments available at the Laboratório de Polímeros of the Universidade de Caxias do Sul. The obtained powder (SBR-r) was physically, thermally and chemically characterized. An homogeneous powder, suitable for utilization as raw material in revulcanizable compositions was obtained. From the SBR-r, six compositions were elaborated (TW17S, TW17C, TW26S, TW26C, TW33S e TW33C), varying cure system and aromatic oil presence. These compositions were compared to a control sample, with the same formulation of the SBR scraps. This sample was supplied by the industry were the SBR scraps were collected. Before vulcanization, all compositions were characterized by its thermal, rheological and viscoelastic properties. It was realized that the processability of a composition depends on the presence of oil, once oil addition improves processability. Through Rubber Process Analyzer, the viscoelastic behavior limit of all compositions was determined, showing likeness between them. The pseudoplastic behavior of the compositions was also evidenced. Vulcanization parameters were determined by oscillatory disk reometry (ODR), to obtain specific test specimens for proposed tests. Vulcanized compositions were characterized by crosslink density, physical-mechanical properties (density, tensile strength, tear strength and hardness) and scanning electron microscopy. Crosslink density was definitive in the study of the utilized cure systems, once that justifies the mechanical properties of compositions. Mechanical properties of the compositions are between values with technological applications, being around 70% of the tensile strength of control sample and 50% of the tear strength.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2012-10-22T19:19:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 225992.pdf: 665851 bytes, checksum: de89fb0caa290ef509c68014bf439d05 (MD5) / Para a polimerização em suspensão, o conhecimento das condições de mistura no reator é um fator crítico, pois a distribuição de tamanhos das partículas (DTP) produzidas em suspensão está diretamente relacionada à fluidodinâmica no reator. Segundo Vivaldo-Lima et al. (1997), a mais importante tarefa na operação prática de polimerização em suspensão é o controle da DTP final, particularmente nos casos de poliestireno expansível (EPS), onde as próprias partículas produzidas ao longo do processo são o produto final. Portanto, o estudo da influência da geometria do reator e das condições de mistura durante a polimerização em suspensão em condições de operação similares a utilizada na indústria sobre a DTP é extremamente relevante para um melhor controle sobre o processo. Há poucas referências na literatura sobre a modelagem da evolução da DTP em tal sistema de polimerização, bem como estudos experimentais sistemáticos que correlacionem as variáveis de operação com a distribuição de tamanhos de partículas (DTP) de uma polimerização em suspensão, especialmente sob condições próximas às industriais com alto "holdup" (fração volumétrica de monômero em relação ao volume total do meio reacional). Neste trabalho foi realizado um estudo experimental sobre o efeito das variáveis operacionais, velocidade de agitação, posição do impelidor e a razão do volume de monômero/volume do meio reacional ("holdup") sobre a Distribuição de Tamanhos de Partícula (DTP) final obtida pela polimerização de estireno em suspensão. Os dados experimentais mostraram que o "holdup" apresenta um efeito significativo sobre a DTP e que a diminuição deste, leva a obtenção de tamanhos de partículas maiores. A velocidade de agitação e a altura do impelidor em relação ao fundo do reator não apresentam efeitos tão significativos. Porém, ao aumentar estas duas variáveis há uma clara tendência no deslocamento da DTP para partículas menores. Através do tratamento estatístico dos dados experimentais, comprovou-se os efeitos de cada variável sobre o diâmetro médio de Sauter. Os modelos estatísticos obtidos para cada faixa de tamanho e para o diâmetro médio de Sauter também apresentaram uma boa reprodutibilidade em relação aos dados experimentais. In a suspension polymerization, the knowledge of the mixing effects in the reactor is a critical point, as the particle size distribution (PSD) produced by suspension polymerization is related to the fluid dynamics of the reactor. According to Vivaldo-Lima et al. (1997), the most important issue in the practical operation of a suspension polymerization is the control f the final PSD. This is particularly important in the case of the expandable polystyrene (EPS), where the particles produced during the suspension are the final product. Therefore, the study of the effect of the reactor geometry and mixing conditions during a suspension polymerization with similar operation conditions to those employed in industry over the PSD is extremely important to improve the process control. There are few references in the literature about the PSD modeling in such polymerization systems, as well as systematic studies that correlate operational conditions with the particle size distribution (PSD) of a suspension polymerization, especially under conditions close to those found in industry as high holdup (volume fraction of monomer related to the total volume of the reaction medium). In this work, an experimental study about the effect of operational variables (stirrer speed, impeller position, holdup) over the final Particle Size Distribution (PSD) obtained by styrene suspension polymerization is carried out. Experimental data showed a significant effect of holdup over the PSD and that the decrease of holdup led to an increase in the particle size. Stirrer speed and impeller position did not present such significant effect. Nevertheless, it was observed a tendency of the PSD toward lower sizes when increasing these two variables. The effects of each variable over the average diameter of Sauter was verified throw the statistical analysis of experimental data. The statistical models obtained for each size range and for the average diameter of Sauter also presented a good reproducibility in relation to experimental data.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2007 / Made available in DSpace on 2012-10-23T06:54:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 270203.pdf: 12593546 bytes, checksum: 0626ce88456ad41b5eb9f69926cf8404 (MD5) / Atualmente, a produção comercial de resinas vinílicas por meio de reações de polimerização em suspensão é realizada em processos descontínuos. Apesar das facilidades operacionais e da flexibilidade de produção que estes processos apresentam, eles possuem capacidade produtiva limitada quando comparados aos processos contínuos. Outras desvantagens inerentes aos processos descontínuos incluem a variabilidade na qualidade da resina produzida em cada batelada e o elevado tempo ocioso da planta produtiva. De uma forma geral, os processos contínuos são capazes de aumentar a capacidade produtiva de uma planta industrial, melhorar a qualidade do produto final e reduzir as perdas de processo no caso de problemas operacionais. Apesar disso, não existe relatos sobre a utilização de processos contínuos na produção industrial de resinas em suspensão. Ademais, os estudos científicos sobre o tema são escassos. Desta forma, para superar esta falta de informação, contribuir com a engenharia das reações de polimerização e suprir as necessidades atuais das indústrias do setor, o presente estudo busca investigar formas para desenvolver um reator que seja capaz de produzir continuamente resinas vinílicas em suspensão. Para atingir este objetivo, uma unidade experimental foi construída e uma análise paramétrica com o reator operando em batelada foi realizada. O reator proposto é composto por um tubo agitado instalado na posição vertical, cujo princípio de operação baseia-se na sedimentação das partículas poliméricas. Estudos de simulação também foram desenvolvidos para avaliar o comportamento fluidodinâmico da fase contínua (água) no reator proposto e, com isso, contribuir com as explicações das razões que levaram à obtenção de partículas poliméricas com determinadas propriedades morfológicas. Os resultados experimentais obtidos mostraram que o reator tubular proposto, na forma de uma torre de polimerização, mesmo que operando em regime batelada, foi capaz de fornecer partículas poliméricas em suspensão com boas características granulométricas (estreita distribuição dos tamanhos das partículas). Além disso, permitiu a constatação da ocorrência de um processo de sedimentação natural das partículas, característica esta que deverá futuramente viabilizar a operação do equipamento proposto em regime contínuo. / Nowadays, the commercial production of vinyl resins through suspension polymerization reactions are carried out in discontinuous processes. Although the operational facilities and production flexibility, batch processes have limited capacity of production when compared to continuous one. Besides, the variability of the resin quality produced in each batch and the high idler time of the production can be considered other disadvantages of batch processes. Generally, continuous processes are capable to rise the production capacity of an industrial plant, improve final product quality and minimize process wastes in case of operating problems. Despite of that, there is no information regarding the use of continuous processes in the commercial production of suspension resins. Besides, the scientific studies about this subject are not common. In this way, to overcome the lack of information regarding continuous suspension polymerization processes, contribute to the development of the polymerization reaction engineering area and supply the actual industries requirements, the present work investigates ways to develop a chemical reactor capable to continuously produce suspension vinyl resins. To achieve this aim, an experimental reactor was constructed and a parametric analysis was accomplished operating the reactor in a batch way. The proposed reactor is composed by a vertical tube installed in the vertical position. Its principle of operation is based on the sedimentation of the suspension particles. Simulation studies were also developed to evaluate the fluid dynamic behavior of the continuous phase (water) inside the proposed reactor. The obtained results were used to contribute with the explanations for the obtaining of polymeric particles with certain morphological properties. The obtained experimental results showed that the proposed tubular reactor, as a polymerization tower, even operating discontinuously, provided polymer particles with good granulometric characteristics (narrow particle size distribution). Besides, it permitted the observation of a natural sedimentation process of the particles, which is an essential characteristic to make feasible the continuous operation of the proposed reactor in further studies.