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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2009.tde-27032009-083618
Document
Author
Full name
Leandro Gonçalves de Aguiar
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2009
Supervisor
Committee
Giudici, Reinaldo (President)
Mattos Neto, Antonio Gomes de
Pessôa Filho, Pedro de Alcântara
Title in Portuguese
Modelagem matemática do processo de enxerto de anidrido maleico em polipropileno na forma fundida.
Keywords in Portuguese
Modelos matemáticos
Polímeros (materiais)
Reações químicas
Termodinâmica (físico-química)
Abstract in Portuguese
No presente trabalho, estudou-se a modelagem matemática do processo de enxerto de anidrido maleico em polipropileno na forma fundida. Reações de enxerto desempenham um importante papel na reciclagem de polímeros, agindo na qualidade do material reciclado e aumentando seu valor comercial. A mistura de polímeros entre si ou com outros materiais também é favorecida através das reações de enxerto, nas quais se utiliza um composto que fornecerá a compatibilidade do polímero com o material em questão. O objetivo do presente trabalho foi desenvolver um modelo matemático capaz de representar as principais variáveis do processo de enxerto de anidrido maleico em polipropileno. Na literatura encontra-se um modelo semelhante, o qual utiliza as mesmas considerações cinéticas, mas com a hipótese de meio homogêneo. O presente trabalho propõe dois modelos, os quais consideram a heterogeneidade do meio reacional de formas diferentes (Modelos 1 e 2). Ambos os modelos utilizam um equacionamento baseado em balanços de massa e momentos para as espécies envolvidas e possuem parâmetros relacionados ao equilíbrio de fases entre os compostos no meio reacional. Os parâmetros termodinâmicos ajustados nos modelos são comparados favoravelmente com os valores obtidos através de estimativas pelo método UNIFAC. Como ferramenta para as simulações, utilizou-se o software MATLAB. Simulações feitas com dados de estudos experimentais, revelaram bons resultados para casos em que se utilizou a temperatura de 180ºC. Isto mostra que o comportamento real do processo nesta temperatura está compatível com as considerações utilizadas nos modelos. As simulações feitas com o Modelo 1 apresentaram bons resultados para casos com baixas concentrações de anidrido maleico e iniciador e mostraram uma certa melhora com relação ao modelo que considera meio homogêneo. O Modelo 2 está melhor fundamentado em relação ao Modelo 1, pois leva em conta o equilíbrio de fases entre o anidrido maleico e o iniciador e apresenta resultados um pouco melhores.
Title in English
Mathematical modeling of the grafting of maleic anhydride onto polypropylene in melt.
Keywords in English
Grafting
Modeling
Polypropylene
Abstract in English
The mathematical modeling of the grafting of maleic anhydride onto polypropylene in melt was studied in the present work. Grafting reactions play an important role in polymer recycling, improving the material quality and increasing its commercial value. Through grafting processes, it is possible to enhance the polymer compatibility with other polymers and other materials. The aim of this work was to develop a mathematical model able to represent the main variables of the grafting process carried out in melt phase. The literature shows a similar model for grafting reactions, which has the same kinetic considerations, but considers the hypothesis of homogeneous medium. In the present work two models that consider different behavior of heterogeneous medium (Models 1 and 2) were proposed. Both models use equations based on mass and moment balances and include phase equilibrium parameters. The values obtained for the thermodynamic parameters were compared with estimates from UNIFAC method. The simulations were carried out using the software MATLAB. Good results were obtained for simulations of experiments conducted at 180°C. Hence, in these simulations, the process behavior is in agreement with the model considerations. The tests with the Model 1 show good results for low concentrations of maleic anhydride and initiator, and show a modest improvement in comparison to the model that considers homogeneous medium. The predictions from Model 2 were a little better than those from Model 1, in comparison with experimental data, because Model 2 takes into account the phase equilibrium between maleic anhydride and initiator in a more fundamental way.
 
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Publishing Date
2009-03-31
 
WARNING: The material described below relates to works resulting from this thesis or dissertation. The contents of these works are the author's responsibility.
  • Aguiar, Leandro G., Pessôa-Filho, Pedro A., and GIUDICI, R. Mathematical Modeling of the Grafting of Maleic Anhydride Onto Poly(propylene): Model Considering a Heterogeneous Medium [doi:10.1002/mats.201100037]. Macromolecular Theory and Simulations [online], 2011, vol. 20, p. 837-849.
  • AGUIAR, L. G., PESSOA-FILHO, P. A., e GIUDICI, R. Modelagem matemática do processo de enxerto de anidrido maleico em polipropileno considerando meio heterogêneo. In 10o. Congresso Brasileiro de Polímeros, Foz do Iguaçu, 2009. 10o. Congresso Brasileiro de Polímeros (ISSN 2176-0128)., 2009.
  • GIUDICI, R, AGUIAR, L. G., and PESSOA-FILHO, P. A. Grafting of maleic anhydride onto polypropylene in the melt: mathematical model accounting for the medium heterogeneity. In Polymer Reaction Engineering VII, Niagara Falls, 2009. Polymer Reaction Engineering 7., 2009. Abstract.
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