Uma solução computacional para a determinação da massa molar de polímeros lineares por reologia analítica - Minotto Neto, Atilio (My University, 2024)
Molecular weight distribution (MWD) determination is crucial in the field of polymer science and engineering. Altough conventional techniques such as GPC have been widely employed, there is potential for the development of alternative methods based on analytical rheology. This work introduces PolyWeight, a Python software with a graphical user interface (GUI) that offers two distinct approaches for determining MWD: an analytical relation-based method (GAR model) and a parametric model-based method (GEX model). By utilizing dynamic moduli, users can calculate the MWD as well as the molecular weight averages such as Mn, Mw and Mz. The functionality of PolyWeight is validated using synthetic data, while the application limits of the software are explored with data extracted from the literature. In this case, some limitations of the GAR model as implemented are highlighted due to the use of a simplified kernel function and the calculation of the relaxation spectrum itself. On the other hand, the GEX model presents excellent agreement. The use of polystyrene rheometry data obtained between 170°C and 230°C allows evaluating the experimental conditions that should be used in the analysis of this polymer. It is observed that the test temperature has a minor influence on the determination of Mn , but directly influences Mw and Mz. It can also be seen that the use of a mastercurve is ideal for this application as long as the reference temperature is less than 200°C, however it is possible to obtain good estimates with the isotherm curves of the dynamic moduli in selected temperatures as well. [resumo fornecido pelo autor]
A determinação da distribuição de massa molar (MWD) é crucial no campo da ciência e engenharia de polímeros. Embora técnicas convencionais como GPC sejam amplamente utilizadas, existe potencial para o desenvolvimento de métodos alternativos baseados em reologia analítica. Este trabalho apresenta o PolyWeight, um software Python com uma interface gráfica de usuário (GUI) que oferece duas abordagens distintas para determinação de MWD: um método analítico baseado em uma relação analítica (modelo GAR) e um método baseado em um modelo paramétrico (modelo GEX). Utilizando os módulos dinâmicos, os usuários podem calcular a MWD, bem como as massas molares médias Mn, Mw e Mz . A funcionalidade do PolyWeight é validada empregando dados sintéticos, enquanto os limites de aplicação do software são explorados com dados extraídos da literatura. Para esse caso são ressaltadas algumas limitações do modelo GAR tal como implementado devido à utilização de uma função kernel simplificada e pelo próprio cálculo do espectro de relaxação. Por outro lado, o modelo GEX apresenta excelente concordância. A utilização de dados de reometria de poliestireno obtidos entre 170°C e 230°C permite avaliar as condições experimentais que devem ser empregadas na análise deste polímero. Observa-se que a temperatura de ensaio tem uma influência menor na determinação de Mn, porém influencia diretamente em Mw e Mz. Constata-se também que a utilização de uma curva mestre é ideal para essa aplicação desde que a temperatura de referência seja inferior a 200°C, no entanto é possível obter boas estimativas com as curvas isotermas dos módulos dinâmicos em temperaturas selecionadas. [resumo fornecido pelo autor]
Keywords: Polímeros; Reologia; Viscoelasticidade; Polymers; Rheology; Viscoelasticity