Solution styrene polymerization in a millireactor

The innovative characteristics of microreactors allow producing new materials. The present work analyses the behavior of the Syrris ASIA millireactor for the solution polymerization of styrene. The polymerizations were carried out at 100 °C and 115 °C, using benzoyl peroxide as initiator and toluene as solvent. Different monomer to solvent ratios and initiator quantities have been tested, besides varying the residence time from 5 to 80 minutes. The variations of the parameters involved in this millireactor gave conversions from 9% to almost 70%, with numerical molecular weights ranging from 6,000 to 50,000 g/mol. No plugging happened, opening the possibility of more aggressive and well controlled applications. A first attempt of modeling was made, using the PFR model and the dispersion model. The method of moments was adopted to compute the means of the molecular weight distribution. The simulations gave a good prediction of conversion and average molecular weight for the more diluted experiments, but partially deviated for higher monomer contents with larger polydispersities, meaning a larger discrepancy from plug flow for the millireactor. In general, the millireactor ASIA can be concluded to control polymerization reactions well (giving low polydispersity index values), besides giving satisfactory conversion values (considering its small size). Succeeding in controlling polymerizations can provide a reactor with characteristics of being scaled up and employed in greater productivities, ensuring good polymer qualities.

Le caratteristiche innovatrici dei microreattori permettono la produzione di nuovi materiali. Il presente lavoro analizza il comportamento del millireattore ASIA della Syrris per la polimerizzazione dello stirene in soluzione. Si sono realizzate polimerizzazioni a 100 °C e 115 °C, usando perossido di benzoile come iniziatore e toluene come solvente. Si sono testati diversi rapporti monomero – solvente e differenti quantità di iniziatore, oltre ad aver variato il tempo di residenza tra i 5 e gli 80 minuti. Le variazioni nel millireattore di questi parametri hanno generato conversioni dal 9% fino a quasi il 70%, con pesi molecolari numerici tra i 6,000 e i 50,000 g/mol. Non si è verificato intasamento nel reattore, permettendo quindi l’applicazione di condizioni più aggressive e meglio controllate. Si è poi condotto un primo tentativo di modellazione, usando il modello del PFR e, successivamente, della dispersione assiale. Il metodo dei momenti è stato impiegato per calcolare le medie della distribuzione del peso molecolare. Le simulazioni hanno prodotto una buona previsione della conversione e del peso molecolare medio per gli esperimenti più diluiti, ma hanno dato risultati meno coerenti per i casi con maggior concentrazione di monomero e con maggiore polidispersità, probabilmente a causa della deviazione dal comportamento di flusso a pistone. In conclusione, il millireattore ASIA è in grado di controllare bene le reazioni di polimerizzazione, generando bassi valori dell’indice di polidispersità, oltre a fornire risultati soddisfacenti di conversione (considerando le sue piccole dimensioni). Un controllo efficace delle polimerizzazioni può certamente permettere lo scale-up di un reattore con tali caratteristiche, in modo da poterlo utilizzare per produttività maggiori di polimeri di buona qualità.