مقاله درمورد عوامل موثر، مقدار خطا، بهبود عملکرد

نوامبر 30, 2018 0 By admin4
پایان نامه  

ساخت شرکت Frank (کشور فرانسه) بود.
3-4-9- آزمون سختي
اين آزمون بر اساس ASTM D2240 و با معيار Shore A به انجام رسيد. نمونه مورد استفاده براي اين آزمون با ضخامت بين 4 تا mm 6 تهيه شد. دستگاه سختي سنج مورد استفاده مدل 7206 ساخت شرکت Zwick (کشور آلمان) بود.
3-4-10- آزمون طيف‌سنجي رزونانس مغناطيس هسته ( NMR )
براي آماده سازي نمونه ها جهت آزمون NMR ، ابتدا مقدار کمي از پليمر که کاملا خشک درون لوله مخصوص NMR قرار گرفت و به مقدار کافي حلال CDCl3 به آن افزوده شد. دستگاه NMR مورد استفاده مدل Ultra-Shield 400 MHz ساخت شرکت Bruker (کشور آلمان) بود.
3-4-11- آزمون تفرق نور پويا ( DLS )
براي اندازه گيري اندازه ذرات لاتکس، آزمون تفرق نور مورد استفاده قرار گرفت. آزمون بر روي نمونه لاتکس هاي رقيق شده با 1 % جامد به انجام رسيد. دستگاه DLS مورد استفاده مدل Nano ZS (red badge) ZEN 3600 ساخت شرکت Malvern (کشور انگلستان) مي باشد.
3-4-12- آزمون گرماسنجي روبشي ديفرانسيلي( DSC )
دستگاه گرماسنجي روبشي ديفرانسيلي، مدل 200-F3 Maia ساخت شرکت Netzsch (کشور آلمان) براي بررسي دماي انتقال شيشه اي نمونه ها مورد استفاده قرار گرفت. جهت حذف تاريخچه حرارتي پليمر، نمونه ها ابتدا از دماي °C 110- تا دماي °C 150 با سرعت °C/min 20 تحت جريان نيتروژن روبش حرارتي شدند. پس از 10 دقيقه نگهداري در اين دما، تا دماي °C 110- با همان سرعت سرد شدند و سپس تا دماي °C 150 مجددا گرم شدند.
3-4-13- آزمون آناليز عنصري ( CHNO )96
براي اندازه گيري ترکيب درصد کومونومرها در پليمر دستگاه تجزيه عنصري (CHNO) استفاده شد. مدل دستگاه Series II 2400 ساخت شرکت Elementar (کشور آلمان) بود. درصد وزني کربن، هيدروژن، نيتروژن و اکسيژن به صورت مستقيم محاسبه مي شود. ترکيب درصد وزني مونومر آکريلونيتريل در کوپليمر بر اساس درصد نيتروژن (N) طبق معادله 3-7 محاسبه مي شود :
(3-7)
4- فصل چهارم : نتايج و بحث
در اين فصل نتايج آزمون هاي گرفته مورد بحث قرار گرفت و سپس به بررسي و تفسير اين نتايج پرداخته شد. در ابتداي اين فصل با الهام از روش هاي آماري از جمله غربال گري و تمام عاملي دستور خوراک بهينه تعيين و به بررسي ريز ساختار کوپليمر نمونه بهينه پرداخته شد. سپس ريز ساختار کوپليمر آزمايش بهينه در طي مراحل پليمريزاسيون و با پيشرفت واکنش رصد شد. در انتها براي مشاهده اثر هر عامل بر روي آزمايش بهينه، هر عامل به صورت منفرد تغيير داده شد و خروجي آن مورد تحليل قرار گرفت. براي بررسي کيفيت محصول، آزمون هاي خواص فيزيکي و مکانيکي بر روي لاستيک نيتريل سنتز شده به انجام رسيد که در انتهاي اين فصل به نتايج آن پرداخته خواهد شد.
4-1- مقدمه‌اي بر طراحي آزمايش (DOE97)
بهينه سازي عبارت از بهبود عملکرد يک سيستم، يک فرآيند يا يک محصول، به منظور دستيابي به حداکثر کارايي آن مي باشد. واژه بهينه سازي در شيمي تحليلي به مفهوم يافتن شرايطي است که در اين شرايط با به کار گرفتن روش اجرا، بهترين پاسخ ممکن، حاصل مي شود. در گذشته، بهينه سازي در شيمي تحليلي به اين صورت به انجام مي رسيد که با هر بار تغيير در يک پارامتر، اثرات آن بر روي پاسخي از سيستم مورد آزمايش، بررسي مي شد. در حالي که يکي از پارامترهاي سيستم تغيير ميکرد، ديگر پارامترها در يک سطح ثابت و بدون تغيير نگه داشته ميشدند. اين روش بهينه سازي را “يک عامل در هر بار” يا به طور اختصاري 98OFAT مينامند. اساسيترين عيب اين روش اين است که تاثيرات برهمکنش پارامترها نسبت به هم مورد مطالعه قرار نميگيرد و بنابراين در اين روش تاثيرات کامل پارامترها بر روي پاسخ سيستم، بررسي نمي شود. از ديگر معايب روش بهينه سازي تک عاملي، افزايش تعداد آزمايش ها لازم براي رسيدن به هدف است که منجر به افزايش هزينه و زمان و همچنين افزايش مصرف مواد و انرژي مي شود. به منظور غلبه بر اين مشکل، بهينه سازي در حيطه شيمي تحليلي، با استفاده از طراحي آزمايش ها انجام مي شود.
طراحي آزمايش به فرآيند گردآوري داده ها در حالي که يک يا چند متغيير در حال تغييراند، گفته مي شود. هدف از بکارگيري تکنيک هاي مختلف طراحي آزمايش ها، ارزيابي عوامل موثر بر مقدار و پراکندگي متغيرهاي يک فرآيند و دستيابي به بهترين ترکيب اين عوامل در فرآيند ساخت است. همچنين به کارگيري مجموعهاي از روشهاي رياضي و آماري بر مبناي برازش يک معادله چند جملهاي به دادههاي بدست آمده از آزمايش ها است، به گونه‌اي که بتواند رفتار مجموعهاي از دادهها را پيش بيني کند. بنابراين با کمک طراحي آزمايش ميتوان اولاً متغييرهايي که بيشترين تأثير را در خروجي دارند، تعيين کرد. ثانياً متغييرهاي ورودي مؤثر را به گونهاي تعيين کرد که مقادير پاسخ را به مقدار اسمي خود نزديک کند. در نتيجه، لازم است که طرحي وجود داشته باشد تا بر مبناي آن آزمايش هايي که بايد در محدوده سيستم انجام شوند، مورد بررسي قرار گيرند. در حيطه روشهاي آماري چند متغييره، معرفي و تعريف چند واژه ضروري است:
دامنه آزمايشي: محدوده سيستم مورد آزمايش است که با تعيين حدود مينيمم و ماکزيمم پارامترهاي آزمايشي، مشخص مي شود.
طراحي آزمايش: دستهاي است از آزمايش هاي خاصي که به صورت يک ماتريس تعريف ميشوند و از ترکيب سطوح مختلف مقادير پارامترهاي مورد مطالعه تشکيل شدهاند. براي دستيابي به پاسخ سيستم بايد اين آزمايش ها انجام شوند.
عوامل، فاکتورها يا متغييرهاي مستقل: پارامترهاي آزمايشي هستند که ميتوانند مستقل از يکديگر تغيير کنند. بسته به سيستم مورد آزمايش، پارامترهايي نظير دما، فشار، غلظت مواد، و … به عنوان متغييرهاي مستقل تعريف ميشوند.
سطح يک متغيير: مقادير مختلف يک پارامتر است که در هر يک از اين مقادير آزمايش انجام مي شود. به عنوان مثال در بهينه سازي شرايط واکنش، براي پارامتر دماي واکنش، دو سطح ?C 5 و ?C 15 مورد بررسي قرار گرفته‌اند.
پاسخها يا متغييرهاي وابسته: مقادير اندازهگيري شده نتايج آزمايش ها هستند. مهمترين پاسخهاي رايج در تحقيق عبارتند از درصد تبديل، ويسکوزيته موني و غيره.
ميزان خطا99: اختلاف مقداري بين نتايج آزمايش ها و مقداري که از محاسبات آماري بدست ميآيد، مي باشد. لازمه يک مدل رياضي خوب که به دادههاي آزمايش برازش مي شود، کم بودن مقدار خطا است.
به طور کلي مراحل به کارگيري DOE در يک روش بهينه سازي شامل 6 مرحله است:
1- انتخاب متغييرهاي مستقلي که بيشترين تاثير را بر روي سيستم دارند و تعيين محدوده آزمايشي آنها بر اساس مطالعه و استفاده از تجربيات محققان مختلف و آزمايش هاي اوليه.
2- انتخاب طرح آزمايش و انجام آزمايش ها بر مبناي ماتريس آزمايش.
3- انجام بررسيهاي رياضي-آماري بر روي دادههاي بدست آمده با برازش يک تابع چند جملهاي به دادهها. سادهترين مدلي که در DOE ميتوان استفاده کرد، يک تابع خطي است. در نتيجه پاسخهايي که بدست ميآيند با اين معادله برازش ميشوند:
(4-1)
که در اين رابطه k تعداد پارامترهاي سيستم، ?0 ترم ثابت، ?i معرف ضرايب پارامترهاي خطي، xi معرف پارامترها و ? مقدار خطا ميباشد. براي ارزيابي پاسخهايي که روند خطي ندارند، بايد از يک مدل درجه دو استفاده شود و در نتيجه ترمهاي ديگري به معادله برازش اضافه ميشوند که بر همکنش بين پارامترهاي مختلف سيستم را توضيح ميدهند:
(4-2)
که در اين رابطه ?ij معرف ضرايب بر هم کنش پارامترها است. به عبارت ديگر اين بررسيها به منظور تخمين پارامترهاي ? در معادلات فوق انجام ميگيرد.
4- ارزيابي مدل برازش شده: گاهي اوقات مدل رياضي که بعد از برازش تابع به دادهها بدست ميآيد، به خوبي دامنه آزمايشي را توصيف نمي کند. بررسي کيفيت مدل برازش شده از طريق تحليل واريانس (100ANOVA) انجام مي شود. در تحليل واريانس، ارزيابي تغييرات مجموعه دادهها با مطالعه پراکندگي ميان آنها انجام مي شود.
5- تغييرات لازم و احتمال انجام جابجاييهايي در راستاي رسيدن به منطقه بهينه.
6- بدست آوردن مقادير بهينه براي هر يک از پارامترهاي سيستم مورد مطالعه.
از ميان روشهاي مختلف براي طراحي آزمايش، زماني که اطلاعات بسيار اندکي در مورد فرآيند و عوامل تاثيرگذار و درگير در آن موجود است، به عنوان اولين راهکار طراحيهاي غربالي101 بسيار مورد توجه هستند. اين روش ها زير مجموعهاي از طراحي فاکتوريال جزئي102 جهت تعيين اثرات اصلي103 عوامل تاثيرگذار است. با اين تکنيک ميتوان عوامل اصلي را از ميان تعداد زيادي از عوامل اثر بخش روي پاسخ هاي مورد نظر تشخيص داد. بنابراين روش غربالي در مطالعات اوليه جهت شناسايي عوامل اثرگذار اصلي به منظور مطالعات بيشتر آنها در آزمايشات بعدي بسيار مناسب و قابل استفاده است. يکي از اين روش هاي غربالي طراحي آزمايش پلاکت – بورمن104 است. روش پلاکت – بورمن روشي موثر جهت بهينه سازي تعداد زيادي فاکتور با انجام تعداد کمي آزمايش است. در اين روش اثر تعداد N-1 متغيير با تعداد N آزمايش (که N مضربي از 4 است) قابل بررسي است. براي مطالعه و بهينه سازي عوامل موثر بر مشخصات فرآيند کوپليمريزاسيون امولسيوني مونومرهاي بوتادين و آکريلونيتريل به منظور تهيه لاستيک نيتريل، در قسمت اول اين مطالعه از روش پلاکت – بورمن و در قسمت دوم به منظور بررسي دقيقتر اثر عوامل و برهم کنش احتمالي موجود در ميان آنها، از روش تمام عاملي105 استفاده شده است.
4-2- طراحي آزمايش غربالي پلاکت – بورمن
روش هاي طراحي آزمايش غربالي جهت مطالعه اوليه فرآيندهايي که شناخت کافي و دقيق در مورد آنها فراهم نيست بسيار کارآمد و موثر هستند. در اين روش متغييرهاي مستقل اثرگذار در فرآيند شناسايي ميشوند و با توجه به اثرگذاري آنها در تحقيقات بعدي مورد مطالعه دقيقتر قرار گرفته يا کاملا حذف مي گردند. از آنجائيكه رويكرد در اين تحقيق تهيه محصولي با محدوده معيني از جرم مولكولي است و اين امر تابع دماي واكنش، غلظت آغازگر، غلظت امولسيفاير و همچنين غلظت عامل انتقال زنجير است، پارامترهاي فوق در کنار غلظت پتاس به عنوان عامل تعيين کننده pH محيط و همچنين تغيير دهنده غلظت بحراني مايسل ها، به همراه دور همزن به عنوان عوامل اصلي انتخاب گرديدند. مجموعه اين پارامترها شامل غلظت امولسيفاير (SDS) ، غلظت هريک از اجزاي سامانه اکسيداسيون- احيا مشتمل بر کيومين هيدروپراکسايد (CHP)، سديم فرمالدهيد سولفوکسيلات (SFS)، سولفات آهن(II) (FeSO4)، نمک سديم اتيلن دي آمين تترا استيک اسيد (EDTA)، به همراه مقدار اصلاح کننده (TDM)، دماي واکنش (TEMP)، غلظت پتاس (KOH)، و دور همزن (RPM) ، در قالب يک طراحي آزمايش غربالي به روش پلاکت-بورمن با تعداد 12 آزمايش بررسي شدند تا فاکتورهاي موثر اصلي مشخص شوند.
در اين آزمايش ها، مقدار هر متغيير مستقل در دو سطح بالا (1+) و پايين (1-) مورد آزمون قرار گرفت. مقدار کمي سطوح در نظر گرفته شده اين عوامل که با استفاده از آزمايش هاي مقدماتي تعيين گرديده است، در جدول 4-1 نشان داده شده است.
جدول ‏4-1- محدوده سطوح براي تغيير عوامل 9 گانه مورد بررسي
نام عامل
سطح پايين (1-)
سطح بالا (1+)
امولسيفاير (سديم دودسيل سولفات) (گرم)
15
25
کيومين هيدروپراکسايد (گرم)
25/0
5/0
سديم فرمالدهيد سولفوکسيلات (گرم)
25/0
5/0
سولفات آهن (گرم)
125/0
25/0
سديم اتيلن دي آمين تترا استيک اسيد (گرم)
25/0
5/0
ترشيو دودسيل مرکاپتان(گرم)
1
2
دماي واکنش