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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS ÁREA DE · PDF file RESINA EPÓXI EM MICROREATORES ... RESUMO O estudo das ... Figura 5. Representação esquemática de contato de fases líquida

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDADE DE ENGENHARIA QUMICA

REA DE CONCENTRAO DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS

QUMICOS

ESTUDO E AVALIAO DA APLICAO DO LASER CO2 NA PRODUO DE

RESINA EPXI EM MICROREATORES

Autora: Natalia Lorena Parada Hernndez

Orientador: Prof. Dr. Rubens Maciel Filho

Co-Orientador: Dr. Andr Luiz Jardini

Dissertao de Mestrado apresentada Faculdade de Engenharia Qumica como

parte dos requisitos exigidos para a obteno do ttulo de Mestre em Engenharia

Qumica.

Campinas - So Paulo

Setembro 2010

FICHA CATALOGRFICA ELABORADA PELA

BIBLIOTECA DA REA DE ENGENHARIA E ARQUITETURA - BAE -

UNICAMP

P211e

Parada Hernndez, Natalia Lorena

Estudo e avaliao da aplicao do laser CO2 na

produo de resina epxi em microreatores / Natalia

Lorena Parada Hernndez. --Campinas, SP: [s.n.], 2010.

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Andre Luiz

Jardini.

Dissertao de Mestrado - Universidade Estadual de

Campinas, Faculdade de Engenharia Qumica.

1. Resinas epxi. 2. Cintica. 3. Processos qumicos

- Sntese. 4. Laser. 5. Fluidodinmica computacional

(CFD). I. Maciel Filho, Rubens. II. Jardini, Andre Luiz.

III. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de

Engenharia Qumica. IV. Ttulo.

Ttulo em Ingls: Study and evaluation of CO2 laser application in the

epoxy resin production in microreactors

Palavras-chave em Ingls: Epoxy resin, Kinetics, Chemical processes -

Synthesis, Laser, Computational fluid dynamics

(CFD)

rea de concentrao: Desenvolvimento de Processos Qumicos

Titulao: Mestre em Engenharia Qumica

Banca examinadora: Cecilia Amelia de Carvalho Zavaglia, Paula Sbaite

Duarte dos Santos

Data da defesa: 28/09/2010

Programa de Ps Graduao: Engenharia Qumica

i

Dissertao de mestrado defendida por Natalia Lorena Parada Hernndez e

aprovada em 28 de Setembro de 2010 pela banca examinadora constituda pelos

doutores:

ii

iii

RESUMO

O estudo das resinas epxicas de grande interesse cientfico e

tecnolgico devido versatilidade apresentada por estes materiais. Esta

versatilidade o resultado das diferentes reaes qumicas envolvidas e das

caractersticas fsico-qumicas dos diferentes endurecedores, catalisadores e

reagentes que possibilitam diferentes processos e combinao de propriedades

objetivando aplicaes especficas. A resina epxi obtida a partir de epicloridrina e

bisfenol A, o diglicidil ter de bisfenol A, continua sendo um intermedirio

importante na tecnologia da resina epxi. Os microreatores tem provado melhorar

a distribuio da massa molar dos polmeros sintetizados dentro destes

microaparelhos, isto como consequncia das altas taxas de transferncia de calor

e massa e da mais rpida e melhor mistura apresentada nos microcanais graas

diminuio do tamanho.

Levando isto em conta, foi estudada a sntese da resina epxi em

microreatores usando o laser na polimerizao rpida da resina dentro destes

pequenos reatores. Para o desenvolvimento do projeto foi estudada a sntese da

resina em escala laboratorial e calculados os parmetros cinticos da reao de

obteno da resina epxi lquida. O projeto de microreatores requer o

conhecimento do comportamento da mistura dentro dos microcanais destes

aparelhos, razo pela qual se fez uso da fluido dinmica computacional, CFD, o

qual permitiu a avaliao da mistura dos reagentes dentro das configuraes

testadas neste trabalho, uma configurao tipo T e tipo Y.

Palavras chaves: Resinas epxi, Cintica, Processos qumicos-Sntese,

Laser, Fluido Dinmica Computacional (CFD).

iv

ABSTRACT

Epoxy resin study is of a great scientific and technologic interest due to the

versatility showed for these materials. This versatility is the result of different

chemical reactions involved and the physical-chemical characteristics of the

several hardeners, catalysts, and reagents that make possible uncountable

process and properties combination objectify specific applications. Epoxy resin

from epicholorohydrin and bisphenol-A continues being an important intermediary

in the epoxy resin technology. Microreactors have shown to improve molecular

weight distribution of the synthetized polymer within these microdevices; this can

be explained by the high heat and mass transfer fluxes, and the faster and better

mixture shown in the microchannel due to the size reduction.

In this context, the epoxy resin synthesis was studied using a laser in the

rapid polymerization of the resin within these small reactors. It was studied the

resin synthesis in laboratorial scale and calculated the kinetic parameters of the

liquid epoxy resin obtaining reaction. Since microreactor design requires knowing

the mixture behavior in the microchannels, computational fluid dynamics (CFD)

was used in order to evaluate the mixture grade of the reagents for the tested

configuration in this work, the T and Y configuration types.

Key Words: Epoxy resin, Kinetics, Chemical processes - Synthesis, Laser,

Computational Fluid Dynamics (CFD)

v

NDICE

RESUMO................................................................................................................ iii

ABSTRACT ............................................................................................................ iv

NDICE DE TABELAS ........................................................................................... vii

NDICE DE FIGURAS .......................................................................................... viii

NOMENCLATURA ................................................................................................. xi

1. INTRODUO ................................................................................................. 1

2. REVISO BIBLIOGRAFICA ............................................................................. 3

2.1 POLMEROS .............................................................................................. 3

2.1.1 Estrutura e Propriedades dos Polmeros: ............................................ 3

2.1.2 Massa Molar ........................................................................................ 4

2.1.3 Polimerizao ...................................................................................... 6

2.2 RESINAS EPXI ....................................................................................... 7

2.2.1 Estrutura .............................................................................................. 8

2.2.2 Sntese ................................................................................................ 9

2.2.3 Diglicidil ter de bisfenol A (DGEBA) ................................................ 12

2.2.4 Cintica de Reao ........................................................................... 16

2.2.5 Resinas epxi curadas ...................................................................... 24

2.2.6 Caracterizao de Polmeros ............................................................ 24

2.2.7 Aplicaes ......................................................................................... 29

2.3 MICROREATORES .................................................................................. 32

2.3.1 Vantagens do uso de Microreatores .................................................. 33

2.3.2 Tipos de Microreatores ...................................................................... 35

2.3.3 Modelagem e Simulao de Microreatores ....................................... 44

2.3.4 ANSYS .............................................................................................. 46

2.3.5 Tcnicas de Fabricao ..................................................................... 50

2.4 TECNOLOGIA LASER ............................................................................. 52

2.4.1 Laser de Fibra bombeado por diodos ................................................ 53

2.4.2 Propriedades do Laser ...................................................................... 53

3. METODOLOGIA E PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS ........................... 56

vi

3.1 Matria Prima ........................................................................................... 57

3.2 Sntese da Resina Epxi Lquida ............................................................. 57

3.3 CARACTERIZAO DA RESINA ............................................................ 59

3.3.1 Espectroscopia Infravermelha ........................................................... 59

3.3.2 Mtodo Padro para o Contedo Epxico das Resinas .................... 60

3.3.3 Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) ..................................... 63

3.4 DETERMINAO DA CINTICA DA REAO ....................................... 64

3.4.1 Obteno dados experimentais ......................................................... 64

3.4.2 Tratamento dos Dados Experimentais ............................................... 67

3.5 SIMULAES FLUIDODINMICAS COMP

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