Reactivity ratios estimation of the free-radical copolymerization of itaconic acid and n-vinyl-2-pyrrolidone by a non-linear regression technique using the error-in-variables methodology

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Krieger, Bruno Vasconcellos
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/219243
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2020.
id UFSC_76a5d04dbf1589bf99155910c8a16e00
oai_identifier_str oai:repositorio.ufsc.br:123456789/219243
network_acronym_str UFSC
network_name_str Repositório Institucional da UFSC
repository_id_str 2373
spelling Reactivity ratios estimation of the free-radical copolymerization of itaconic acid and n-vinyl-2-pyrrolidone by a non-linear regression technique using the error-in-variables methodologyEngenharia químicaPolimerizaçãoDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2020.Copolímeros ocupam um espaço crítico como materiais modernos devido a sua versatilidade, o que permite que suas propriedades físicas sejam projetadas para terem uma função específica ou ocuparem um nicho de mercado particular. Porém, isso requer um entendimento profundo de como estes copolímeros devem ser produzidos em respeito a suas condições de processamento e cinética de reação. Um dos parâmetros que se deve ter para produzir um copolímero com distribuição monomérica e propriedades físicas conhecidas é a reatividade relativa do par monomérico, e dessa forma, o uso de técnicas de regressão apropriadas que podem extrair essa informação de dados experimentais é essencial para a produção desses copolímeros. Esses métodos, porém, ainda não são muito utilizados devido a sua complexidade e baixa acessibilidade. Portanto, para obter-se esses parâmetros, foi escrita uma implementação da técnica dos erros nas variáveis, descrita previamente na literatura. Desenvolveu-se também uma metodologia de HPLC de passo único para a aquisição dos dados cinéticos requeridos para a regressão dos parâmetros do sistema de polimerização por radicais livre ácido itacônico/ n-vinil-2-pirrolidona. O PVPIA é um copolímero altamente hidrofílico e biocompatível que pode ser utilizado como removedor de metais pesados de águas residuais, na liberação controlada de fármacos, entre outros. Dos dados adquiridos foi observado que altas frações de ácido itacônico no meio reacional alteram a cinética da reação ao ponto de impedir a realização da regressão dos parâmetros. Esse efeito, no entanto, não foi observado para frações molares de ácido itacônico abaixo de 10%, o que permitiu a realização da regressão paramétrica. A performance do algoritmo desenvolvido foi satisfatória, com uma diferença de até 5% quando comparado com dados da literatura que utilizaram o mesmo método. Os valores dos parâmetros adquiridos para o sistema sob estudo com o algoritmo desenvolvido foram r1 = 0,3046 e r2 = 0,0170, tendo ácido itacônico como composto 1. Um pequeno desvio foi observado para r1 devido a um espalhamento dos dados cinéticos a frações baixas de IA e a baixas conversões que são causadas pelas taxas de reação elevadas desse monômero e incertezas na detecção do HPLC a concentrações muito baixas. Sistemas com altas frações de IA também foram estudados, mas eles não se conformaram a equação de copolimerização utilizada, o sistema com maior concentração atingiu um platô de conversão.Abstract : Copolymers occupy a critical role as modern building materials due their versatility that permit them to have their physical properties designed to serve a specific function or market niche. This, however, requires a deep understanding of how these copolymers must be produced in respect to their processing conditions and kinetics. One of the parameters one must have to produce a copolymer with known moiety distribution and physical properties is the relative reactivity ratios of the monomer pair, and as such, the employment of a proper regression technique that can extract this data from experiment is essential for the production of these copolymers, though these methods are still seldom employed due to their complexity and lack of availability. Therefore, in order to obtain these parameters, an implementation of the error-in-variables method previously described in the literature was written and made fully publicly available for use and further development, along with a single step HPLC methodology for the acquisition of the required kinetic data for the regression analysis of the itaconic acid/n-vynil-2-pyrrolidone free-radical polymerization system under study. PVPIA is a highly hydrophilic and biocompatible copolymer that can be used in heavy metal removal, as a medium for the controlled release of drugs, and other uses. From the acquired kinetic data it was observed that higher initial mole fractions of itaconic acid in the reaction medium would change the reaction kinetics in such a way as to prevent the regression analysis from being performed, as it makes use of a non-linear equation that must describe the data. This effect, however, was not observed at molar fractions below 10%, which enabled the regression to be performed and the parameters estimated. The performance of the developed algorithm was found to be satisfactory, and within less than 5% error when applied to the same data and method found in the literature. The values of the parameters for the system under study were estimated by the algorithm as being ?1=0.3046 and ?2=0.0170, with itaconic acid as compound 1. A small deviation was observed for ?1 due to a high spread in the kinetic data at very low itaconic acid fractions and low conversions that is caused by the very fast reaction rate of this monomer and uncertainties of HPLC detection at low concentrations. Systems with very large molar fractions of itaconic acid were also studied but they did not conform to the expected copolymerization equation with the high limiting case even reaching a conversion plateau at the later reaction stages.Sayer, ClaudiaAraújo, Pedro Henrique Hermes deUniversidade Federal de Santa CatarinaKrieger, Bruno Vasconcellos2021-01-14T18:06:14Z2021-01-14T18:06:14Z2020info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis72 p.| il., gráfs.application/pdf370562https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/219243engreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2021-01-14T18:06:14Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/219243Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732021-01-14T18:06:14Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
dc.title.none.fl_str_mv Reactivity ratios estimation of the free-radical copolymerization of itaconic acid and n-vinyl-2-pyrrolidone by a non-linear regression technique using the error-in-variables methodology
title Reactivity ratios estimation of the free-radical copolymerization of itaconic acid and n-vinyl-2-pyrrolidone by a non-linear regression technique using the error-in-variables methodology
spellingShingle Reactivity ratios estimation of the free-radical copolymerization of itaconic acid and n-vinyl-2-pyrrolidone by a non-linear regression technique using the error-in-variables methodology
Krieger, Bruno Vasconcellos
Engenharia química
Polimerização
title_short Reactivity ratios estimation of the free-radical copolymerization of itaconic acid and n-vinyl-2-pyrrolidone by a non-linear regression technique using the error-in-variables methodology
title_full Reactivity ratios estimation of the free-radical copolymerization of itaconic acid and n-vinyl-2-pyrrolidone by a non-linear regression technique using the error-in-variables methodology
title_fullStr Reactivity ratios estimation of the free-radical copolymerization of itaconic acid and n-vinyl-2-pyrrolidone by a non-linear regression technique using the error-in-variables methodology
title_full_unstemmed Reactivity ratios estimation of the free-radical copolymerization of itaconic acid and n-vinyl-2-pyrrolidone by a non-linear regression technique using the error-in-variables methodology
title_sort Reactivity ratios estimation of the free-radical copolymerization of itaconic acid and n-vinyl-2-pyrrolidone by a non-linear regression technique using the error-in-variables methodology
author Krieger, Bruno Vasconcellos
author_facet Krieger, Bruno Vasconcellos
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Sayer, Claudia
Araújo, Pedro Henrique Hermes de
Universidade Federal de Santa Catarina
dc.contributor.author.fl_str_mv Krieger, Bruno Vasconcellos
dc.subject.por.fl_str_mv Engenharia química
Polimerização
topic Engenharia química
Polimerização
description Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2020.
publishDate 2020
dc.date.none.fl_str_mv 2020
2021-01-14T18:06:14Z
2021-01-14T18:06:14Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv 370562
https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/219243
identifier_str_mv 370562
url https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/219243
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv 72 p.| il., gráfs.
application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFSC
instname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
instacron:UFSC
instname_str Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
instacron_str UFSC
institution UFSC
reponame_str Repositório Institucional da UFSC
collection Repositório Institucional da UFSC
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1808652199312490496

Registros relacionados