二氧化碳-水-聚苯乙烯三元体系相平衡研究

摘要

发泡剂在聚合物中的溶解度及聚合物溶解气体后的膨胀是影响聚合物发泡材料特微泡孔结构与性质的重要因素。本文主要研究了CO2、H2O发泡剂在聚苯乙烯(PS)中的溶解平衡，通过建立相应的理论模型，预测二元或三元体系的气液平衡，分析纯的CO2、H2O及其混合物在PS中的溶解行为及影响因素、PS在不同溶解度下的膨胀系数。主要研究内容包括:
　　以密度泛函理论模型为基本框架，用非均相理论同时确定体系均相平衡性质和非均相界面性质，并通过相平衡，同时确定纯的或混合发泡剂在PS中的溶解度和PS的膨胀系数。模型构建过程为:基于改进的基本度量理论构建硬球排斥作用的Helmholtz自由能泛函;应用积分方程理论求解不同作用（色散、静电）的直接相关函数，构建吸引作用的自由能泛函表达;通过类比于Rosenfeld构建硬球密度的方法获得参考流体的空穴相关函数，并利用该函数构建PS的成链作用的自由能密度泛函。
　　预测了CO2-PS和H2O-PS这两个二元体系的相平衡、界面密度分布，由相平衡可分别确定CO2和H2O在不同压力下在PS中的溶解度、PS的膨胀系数，经与相应的实验数据比较可知，理论预测值的平均偏差小于5％，预测结果可靠。
　　建立了用非均相理论计算三元体系相平衡的基本方法，通过对比简单的烷烃三元体系的实验值可知，本文所提出的非均相模型三元体系相平衡计算方法预测精度小于5％，表明该方法可用于分析和预测三元体系的相平衡。
　　研究了CO2(1)-H2O(2)-PS(3)体系的相平衡，分析了CO2和H2O形成的混合发泡剂在PS中的溶解度，重点讨论了有H2O存在条件下对CO2溶解性能的促进作用，及由此导致的界面密度的变化。在此基础上，评估了PS的膨胀系数，分析了H2O存在对PS膨胀性质的影响，为混合发泡剂用于聚合物发泡提供了重要的物性参数计算及分析方法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 计算相平衡的理论模型

1．2．1 理论的发展

1．2．2 统计缔和流体理论

1．2．3 积分方程理论

1．2．4 密度泛函理论

1．3 本文的主要研究内容

第二章 二元混合物的相平衡

2．1 前言

2．2 模型建立及计算过程

2．2．1 理论模型

2．2．2 径向分布函数

2．2．3 密度剖面

2．3 结果与讨论

2．3．1 力场参数的选取及验证

2．3．2 二元体系的相平衡

2．3．3 聚苯乙烯的膨胀系数

2．3．4 二元体系的界面密度分布

2．4 本章小结

第三章 三元混合物的相平衡

3．1 前言

3．2 三元混合物的理论模型

3．2．1 理论模型的构建

3．2．2 三元混合物的相平衡计算方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 三元体系的相平衡

3．3．2 三元体系的界面密度分布

3．4 本章小结

第四章 二氧化碳-水-聚苯乙烯的相平衡

4．1 前言

4．2 结果与讨论

4．2．1 二氧化碳-水-聚苯乙烯相平衡

4．2．2 二氧化碳-水-聚苯乙烯的界面密度分布

4．3 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

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