O processo de polimerização em suspensão em batelada é amplamente utilizado na indústria para a produção de poliestireno. Apesar das suas limitações, como baixa produtividade, se comparado com os sistemas em massa, as facilidades operacionais e, consequentemente, o melhor controle dos parâmetros de qualidade, justificam o seu uso. O presente trabalho busca avaliar de forma detalhada os efeitos do uso de diferentes configurações de operação na Distribuição do Tamanho das Partículas (DTP). Utilizando um reator tipo tanque agitado operando de forma descontínua (batelada), analisou-se, além da influência da concentração de iniciador químico, os efeitos da freqüência da agitação, da fração volumétrica de monômero no sistema (holdup) e da inclinação das pás do impelidor (tipo flat-blades) sobre algumas propriedades morfológicas das partículas de poliestireno produzidas, como o tamanho médio e a dispersão dos tamanhos.

As reações de polimerização do estireno foram conduzidas em um reator tipo tanque agitado operando em regime batelada, conforme o procedimento a seguir: o reator foi carregado com a fase contínua e aquecido até 60°C, em seguida o agente estabilizante foi adicionado ao reator e, logo após, o monômero. Depois da mistura ser aquecida até 90°C, iniciador foi dosado para que a reação iniciasse. As reações tiveram duração de 2 horas, caracterizando uma reação de cinética rápida, produzindo partículas com baixo peso molecular (~ 30.000 Daltons). Considerando dois valores de holdup (0,300 e 0,125), avaliou-se o efeito de três diferentes freqüências de agitação no intervalo de 250 a 450 RPM. Utilizando um holdup de 0,300, alterou-se a inclinação das pás de 90° com a horizontal para 45°, variando-se a mesma faixa de freqüência de agitação. Com as pás a 90° reduziu-se em cinco vezes a fração mássica do iniciador químico (BPO – peróxido de dibenzoíla) utilizado para avaliar o efeito da cinética da reação nas propriedades finais das partículas. As partículas de cada conjunto de reações foram caracterizadas através de análises granulométricas diferenciais (peneiramento) e gravimetria.

Independente da inclinação das pás, o aumento da freqüência de agitação produz partículas com menores tamanhos. Porém, com as pás a 45º com a horizontal, a DTP apresenta-se mais estreita do que as obtidas com as pás a 90°. Nas duas configurações das pás o aumento da frequência de agitação resulta em uma mistura mais turbulenta. Isto provoca um aumento maior na taxa de quebramento, principalmente o erosivo, do que na taxa de coalescência das gotas, o que justifica a redução no tamanho médio das partículas. Porém, com as pás a 45°, a variação da forma da DTP é menos significativa do que a 90º, ou seja, a distribuição de tamanhos é menos dispersa. Ao diminuir a fração mássica do iniciador químico, a DTP desloca-se no sentido das partículas de maior tamanho. Neste caso, a taxa de polimerização é mais lenta e, consequentemente, tem-se um longo período do efeito gel, resultando em um aumento da taxa de coalescência. Variando-se os valores de holdup, três freqüências de agitação foram testadas e, independente da variação, verifica-se que o aumento da fração volumétrica de monômero no sistema desloca a DTP no sentido das partículas de maior tamanho. Além do amortecimento da turbulência, pode-se explicar este fato relacionando-se o decréscimo da quantidade de agente estabilizante adsorvida por unidade de superfície, o que causa uma redução na eficiência da estabilização das partículas e, consequentemente, um aumento do tamanho final destas.

Diferentes parâmetros foram analisados e a configuração a ser utilizada depende do produto final desejado. As pás a 45° mostraram-se como a melhor alternativa quando se deseja uma distribuição de tamanho menos dispersa. Partículas menores são obtidas com freqüência de agitação maiores, independente da inclinação das pás. O inverso acontece com o aumento do holdup. À medida que este parâmetro aumenta, obtém-se uma DTP deslocada no sentido das partículas de maiores tamanhos. A concentração do iniciador químico também apresenta grande influência no tamanho das partículas e na forma da DTP. A polimerização em suspensão do estireno em regime batelada possui parâmetros de fácil operação e controle. Portanto, uma simples variação desses parâmetros é capaz de alterar significativamente o tamanho e a dispersão de tamanhos das partículas produzidas, levando a produção de um material polimérico com propriedades de interesse.