Vinil asetatın üretan esaslı surfaktan ile emülsiyon polimerizasyonu ve akrilik monomerlerin yüksek katı içerikli su bazlı emülsiyon polimerlerinin sentezlenmesi

Yüzey aktif maddeler, hidrofilik grup ve bir ya da iki tane hidrofobik, ortalama uzunlukta, alkil zincirine sahip maddeler olarak karakterize edilip, ayrıca emülgatör ya da surfaktan olarak da adlandırılırlar. Sulu fazda misel oluşturmak için çok az miktarda yüzey aktif madde yeterlidir. Yüzey aktif maddeler endüstriyel açıdan çok önemlidirler. Boya sektöründe, emülsiyon polimerizasyonlarında, yapıştırıcı ve tekstil gibi birçok endüstride yüzey aktifler kullanılmaktadır. Anyonik, katyonik, non-iyonik ve amfoterik olmak üzere 4 çesit yüzey aktif mevcuttur. Bu çalışmada, toluen 2,4-diizosiyanat (TDI) ve poli(etilen glikol) dimetil eterin (PEG500), dibütil tin laurat katalizörü varlığında reaksiyonu ile yeni bir noniyonik yüzey aktif madde sentezlenmiştir. Bu polimerik yüzey aktif maddenin karakterizasyonu çeşitli cihazlar ve yöntemler kullanılarak yapılmıştır. Kritik misel konsantrasyonu tayini için yüzey gerilim cihazı kullanılmıştır. Bu değer 0.68x10 mg / mL olarak hesaplanmıştır. Polimerik yüzey aktif maddenin moleküler ağırlığı GPC ile tayin edilmiştir. Sayıca ortalama, ağırlıkça ortalama ve z-ortalama molekül ağırlıklıkları sırası ile 1361, 1163 ve 1524 gr / mol'dür. Tayin edilen polimerik sürfaktan farklı miktarlarda kullanılarak Vinil asetatın emülsiyon polimerizasyonu yapılmıştır. Emülgatör miktarına ek olarak reaksiyon sürelerinin de etkisi incelenmiştir. Karşılaştırma yapmak amacıyla ticari emülgatör Dowfax 2A1 ile aynı reaksiyonlar tekrarlanmıştır. Dowfax 2A1 ile yapılan emülsiyonların viskoziteleri daha düşük ve görünümleri açık mavi-beyaz renktedir. Poliüretanbazlı emülgatör ile yapılan çalışmaların viskozitesi biraz daha yüksek ve görünümü sütsü-beyaz renktedir. Dowfax 2A1 ile yapılan çalışmaların sayıca ortalama molekül ağırlıkları ve kütlece ortalama molekül ağırlıkları, sentezlenen poliüretan bazlı yüzey aktif madde ile yapılan emülsiyonların molekül ağırlıklarından oldukça yüksektir. Dowfax 2A1 ile yapılan emülsiyonların, emülgatör miktarı arttıkça yüzey gerilimi azalmıştır. Sentezlenen yüzey aktif madde ile yüksek katılı emülsiyonlar sentezlemek için bütil akrilat ve metil metakrilat monomerleri ile ön denemeler yapılmıştır. Emülgatör miktarı iki katına çıkarıldığında yeniden çekirdeklenme gözlemlenmiş ve iki farklı parçacık boyutu gözlemlenmiştir. Sayıca ve ağırlıkça ortalama molekül ağırlıkları veyüzey gerilimleri emülgatör oranı artırıldığında kayda değer bir biçimde azalmıştır. Lateksler yapıştırıcı, kaplama, tekstil, kağıt boyaları, zemin cilası ve makyaj sanayi gibi alanlarda yaygın olarak kullanılan çok yönlü malzemelerdir. Reaktör üretimini en üst düzeye çıkarmak, nakliye ve depolama maliyetlerini en aza indirmek, ürüne daha fazla esneklik kazandırmak, enerjiden ve iş yükünden tasarruf etmek ve uygulanırken yüzey kapsamının geliştirilmek ve iyileştirmek için yüksek katı oranlı lateksler birçok endüstride çalışılmaktadır. Lateksin viskozitesi, katı madde içeriğiyle birlikte keskin bir şekilde artar; bu da katılaşma derecesini, karıştırma, kütle transferi ve kararlılığı etkiler. Düşük viskoziteler ile yüksek katı içeriği elde etmenin anahtarı partikül boyutu dağılımının (PSD) kontrolüdür. Mükemmel tek dağılımlı bir lateksdeki parçacıklar yaklaşık kütlece % 64 katı içeriğinde birleşmeye başlarlar. Bu, parçacık boyut dağılımı nispeten dar olan çoğu endüstriyel prosesin genelde katı madde içeriğinin ağırlıkça % 55'inden azında çalıştığını açıklar. Bu kısıtlılığın üstesinden gelmek ve yüksek katı içeriği ve düşük viskozite hedeflerini başarmak için bimodal partikül dağılımlı emülsiyonların üretimi düşünülmüştür. İki farklı yöntem kullanılarak on iki adet yüksek katılı emülsiyon polimerleri elde edilmiştir. Öncelikle 42 nm boyutlu tohum emülsiyonu hazırlanmıştır. İlk yöntemde belirli bir miktarda tohum emülsiyonu reaktöre alınıp preemülsiyon (monomer, emülgatör, amonyak ve su) ve başlatıcı ile dengeli bir şekilde üç saat boyunca beslenmiştir. Beslemenin ikinci saatinde ortama başta eklenen tohumun 5,10 ve 15 katı oranında ortama hızlı bir biçimde 42 nm boyutlu tohum tekrardan eklenmiştir ve dengeli beslemeye devam edilmiştir. Bu şekilde %60 ve %65 katılı emülsiyonlardan altı tanesi hazırlanmıştır. İkinci yöntemde ortama tohum eklenmeden polimerizasyona başlanmış ve dengeli ilavenin ikinci saatinde ortama üç farklı oranda 42 nm boyutlu tohum eklenmiştir ve dengeli beslemeye devam edilmiştir. Bu şekilde de %60 ve %65 katılı emülsiyonlardan geriye kalan altı tanesi hazırlanmıştır. İlk yöntemle yapılan ürünlerde (ön tohum ilaveli) monomodal partikül dağılımı, ikinci yöntemle yapılan ürünlerde (ön tohum ilavesi olmayan) bimodal partikül dağılımı elde edilmiştir. %60 katı maddeli, ön tohumlu emülsiyon polimerlerinin partikül boyutları yaklaşık 200 nm civarlarında ve monomodaldir. Partikül dağılımı ile viskozite değerleri birbirlerine uyumlu sonuçlar vermiştir. %65 katı maddeli, ön tohumlu emülsiyon polimerlerinin partikül boyutları yaklaşık 220 nm civarlarında ve monomodaldir. %65 katı maddeli latekslerin viskoziteleri oldukça yüksek çıkmıştır. Bunun sebebi 100 ila 200 nm arasında bir lateks partikül büyüklüğünün, ağırlıkça 50 katı ila ağırlıkça% 55'e kadar akışkanlıklarını koruduğu şeklinde literatürlerde açıklanmaktadır. Latekslerin yüzey gerilimleri katı madde miktarı arttıkça artış göstermiştir. Ön tohum ilavesi olmayan latekslerin viskoziteleri oldukça düşük çıkmıştır. Bu durum partikül boyut dağılımının bimodal olmasından ve partikül büyüklüğünün fazla olmasından kaynaklanmaktadır. Latekslerin yüzey gerilimleri yaklaşık olarak tüm örneklerde eşittir. Bu da surfaktan oranlarının benzer olmasından kaynaklanmaktadır . Sonuç olarak; bimodal ve monomodal parçacık boyut dağılımına sahip, düşük viskositeli lateksler elde edilmiştir. Bu sayede; reaktör üretimini üst düzeye çıkarılmış, enerjiden ve iş yükünden tasarruf edilmiştir. Büyük boyutta üretimlere geçildiğinde; reaktör üretimini üst düzeye çıkarmak, nakliye ve depolama maliyetlerini en aza indirmek, ürüne daha fazla esneklik kazandırmak, enerjiden ve iş yükünden tasarruf etmek mümkün olacaktır. Sonuç olarak; bu tezde iki farklı konu çalışılmıştır. İlk olarak, yeni noniyonik poliüretan esaslı yüzey aktif madde (PU), metoksi PEG-500 ve TDI'dan başlayarak sentezlendi. PU, vinil asetat (VAc) ve Metil metakrilat (MMA) -Butil akrilat (BA) kopolimerizasyonunun emülsiyon polimerizasyonunda kullanıldı. Elde edilen lateksler 3 ay boyunca stabil kaldı. Emülsiyon polimerizasyon deneyleri, süreye ve sürfaktan miktarına bağlı olarak çalışıldı. Aynı zamanda, bu deneyler anyonik yüzey aktif madde (Dowfax 2A1) kullanılarak tekrarlandı. Farklı sürfaktanları kullanarak elde edilen lateksler, viskozite, yüzey gerilimi, parçacık boyutu ve moleküler ağırlık ölçümleriyle karakterize edildi. Tezin ikinci bölümünde, akrilik monomerlerin yüksek katı içerikli su bazlı emülsiyon polimerizasyonları yapıldı. Reaksiyonların sonunda %60-65 katı içerikli lateks elde edildi ve partikül büyüklükleri belirlendi ve bimodal sistem başarıyla elde edildi. Latekslerin partikül büyüklüklerinin belirlenmesinin yanı sıra, viskozite, yüzey gerilimi ve moleküler ağırlık ölçümleri gibi diğer özellikler araştırıldı. Ayrıca sentezlenmiş olan poliüretan bazlı yüzey aktif madde ile anyonik yüzey aktif madde, yüksek katılı emülsiyon polimerleri daha sonraki çalışmalarda denenecek ve sinerjik etkilerinin olup olmadığı araştırılacaktır.