单、多活性中心种类PP催化剂及丙烯聚合过程的Monte Carlo模拟

摘要

单、多活性中心种类(下文皆称“单/多活性中心种类”)聚丙烯(PP)催化剂(分别以茂金属催化剂和Ziegler—Natta催化剂为各自代表)在各自领域发展已有多时，但对二者系统的研究和比较却鲜见报道。丙烯均聚反应催化剂的活性中心类型及其对应的一整套完整参数，以及反应过程中质量和热量传递阻力等都足够对丙烯聚合过程和聚合产物特性产生重要影响。本论文基于微观尺度对丙烯均聚过程建模，内容包括： 1、构建不考虑质量和热量传递只区分催化剂单、多活性中心种类的MonteCarlo模型，得到了一系列诸如产率、活性中心分率等随时间变化的聚合反应动力学结果以及聚合产物分布性质等信息，同时还考察了重要的链转移试剂氢气对丙烯均聚过程和产物性质的影响。模型得到了文献数据的验证(单、多活性中心种类模型与文献结果相关系数分别为0.9925和0.9923)，证实了Ziegler—Natta催化剂具有多活性中心种类的假定，同时也得出一系列对工业生产有用的结果。模型结果告诉我们聚烯烃催化剂(比如Ziegler—Natta催化剂)多活性中心种类的性质对聚合产物的多分散性指数的影响是十分显著的。同时通过考察氢气浓度对聚合反应的影响得到，氢气对反应速率影响甚微，但对统计链长随时间变化以及产物多分散指数的影响较大，氢气会抑止聚合产物的链长增长，更高的氢气浓度下得到的聚丙烯多分散指数也更大。 2、考虑到单/多活性中心种类Monte Carlo模型在预测产物多分散指数时因其固有缺陷(不考虑扩散作用)而导致结果不够准确，本论文继续从微观尺度模拟聚合反应动力学出发，同时考虑丙烯聚合反应中所存在的催化剂破碎机制和复制现象，借鉴前人所广泛采用的描述此类现象和机制的物理模型，建立耦合扩散作用以及质量和热量传递阻力同时又区分单/多活性中心种类催化剂的丙烯均聚Monte Carlo模型—单/多活性中心种类多层Monte Carlo模型。模型对我们之前的分析和预测进行验证，模拟结果从丙烯均聚反应动力学，物理扩散作用以及产物分子量及其分布等方面展开。单/多活性中心种类多层Monte Carlo模型得到的聚合产率随时间变化曲线与文献值的相关性(单/多活性中心种类模型分别为0.9990和0.9993)比之前单/多活性中心种类Monte Carlo模型准确性更高。同时模型给出的数据结果能让我们对丙烯均聚这样一个反应—扩散体系有更好的微观理解。模型对单/多活性中心种类催化体系多分散指数的良好预测很好支持了前一章的分析和预测，也充分说明了扩散作用对产物性质有着重要影响(扩散效应使聚合产物多分散指数变宽)，以及我们所提出模型在模拟聚合过程，预测产物性质方面的优越性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.1.1聚丙烯催化剂的发展

1.1.2单／多活性中心理论

1.2微观尺度丙烯聚合机理建模的研究现状

1.3 Monte Carlo方法在模拟聚合反应中的应用

1.4本论文的研究思路和架构

参考文献

第二章单／多活性中心种类催化体系的丙烯均聚Monte Carlo模拟

2.1丙烯均聚的反应动力学研究

2.1.1丙烯均聚反应机理

2.1.2丙烯均聚反应动力学

2.1.3本论文采用的动力学方程及参数

2.2单／多活性中心种类催化体系的丙烯均聚Monte Carlo模拟算法

2.3模拟结果与讨论

2.3.1丙烯均聚的反应动力学研究

2.3.2丙烯均聚过程的MWD研究

2.3.3丙烯均聚过程氢气浓度对反应的影响

2.4小结

参考文献

第三章耦合扩散作用的单／多活性中心种类催化体系的丙烯均聚Monte CarIo模型

3.1问题的提出

3.1.1催化剂破碎机制和复制现象

3.1.2数学模型

3.2研究目标

3.3模型描述

3.4模型算法及参数选择

3.5结果与讨论

3.5.1聚合反应动力学

3.5.2物理扩散研究

3.5.3分子量及其分布

3.6小结

参考文献

第四章结论与展望

作者攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢