Катионная сополимеризация изобутилена с изопреном: кинетика и макрокинетика процесса, молекулярно-массовые и вязкостные характеристики бутилкаучука

• Автор: Набиев, Рафит Ренатович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 119 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 КАТИОННАЯ СОПОЛИМЕРИЗАЦИЯ ИЗОБУТИЛЕНА С ИЗОПРЕНОМ: ОСОБЕННОСТИ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА
1.1 Элементарные реакции и общие закономерности катионной полимеризации и сополимеризации виниловых и диеновых мономеров
1Л Л Инициирование процессов катионной полимеризации и сополимеризации
1Л.2 Реакции роста и обрыва цепей при катионной полимеризации и сополимеризации
1.2 Характерные и отличительные закономерности катионной сополимеризации изобутилена с изопреном
1.3 Технологические воплощения катионной сополимеризации изобутилена с изопреном. Проблемы, возникающие при реализации процесса
1.4 Современное состояние исследований макрокинетики процесса
катионной сополимеризации изобутилена с изопреном
Заключение к главе
ГЛАВА 2 КИНЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА КАТИОННОЙ СОПОЛИМЕРИЗАЦИИ ИЗОБУТИЛЕНА С ИЗОПРЕНОМ МЕТОДОМ МОНТЕ-КАРЛО
2.1 Реализация метода Монте-Карло для описания кинетики процесса катионной сополимеризации изобутилена с изопреном
2.2 Адекватность модели кинетики процесса катионной сополимеризации изобутилена с изопреном
2.3 Решение обратной кинетической задачи
Заключение к главе
ГЛАВА 3 МАКРОКИНЕТИКА КАТИОННОЙ СОПОЛИМЕРИЗАЦИИ ИЗОБУТИЛЕНА С ИЗОПРЕНОМ (ВЗАИМОВЛИЯЮЩИЕ ПРОЦЕССЫ ХИМИЧЕСКОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ И ТЕПЛООБМЕНА, ГИДРОДИНАМИКА ПРОМЫШ-

ЛЕННОГО РЕАКТОРА)
ЗЛ Расчет гидродинамических и температурных условий в реакторе с применением стандартных методов вычислительной гидродинамики на основе системы уравнений Навье-Стокса и системы уравнений химической кинетики
3.2 Адекватность макрокинетической модели процесса катионной сополи-меризации изобутилена с изопреном
3.3 Оценка влияния условий проведения катионной сополимеризации изобутилена с изопреном на молекулярно-массовые и вязкостные характеристики образующегося полимера при помощи численного эксперимента на макрокинетической модели
Заключение к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Бутилкаучук - продукт катионной сополимериза-ции изобутилена с изопреном, - благодаря сочетанию ряда свойств (низкая газопроницаемость, высокая стойкость к окислению, к действию тепла, света и агрессивных сред), получил широкое применение в шинной промышленности и входит в число крупнотоннажных отечественных экспортных каучуков. Существенным препятствием для увеличения объемов производства бутилкаучука является сложность управления процессом катионной сополимеризации изобутилена с изопреном, который относится к кинетически быстрым процессам. Это обусловлено, прежде всего, большими скоростями элементарных реакций инициирования и роста цепей и чувствительностью сополимеризационной системы к примесям в реагентах. Именно поэтому существует проблема регулирования молекулярно-массовых и определяемых ими характеристик бутилкаучука (в частности, вязкостных).
В связи с этим, актуальными становятся исследования, которые направлены на оценку молекулярно-массовых и вязкостных характеристик бутилкаучука исходя из рассмотрения кинетики и макрокинетики процесса катионной сополимеризации изобутилена с изопреном.
Цель и задачи работы
Цель работы - выявление закономерностей кинетики и макрокинетики процесса катионной сополимеризации изобутилена с изопреном для определения принципов регулирования молекулярно-массовых и вязкостных характеристик получаемого бутилкаучука.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи.
1. Разработка с использованием метода Монте-Карло модели кинетики процесса катионной сополимеризации изобутилена с изопреном1.
1 Здесь и далее при описании выполненных в диссертации исследований подразумевается, что катализатор - трихлорид алюминия, растворитель - метилхлорид (выбор обусловлен тем, что эти вещества традиционно используются в производстве бутилкаучука).

нарном режиме1 присутствие льда шихты не ухудшает тепловые параметры реактора; и в третьих, при динамическом режиме лед шихты на короткое время может брать на себя часть тепловой нагрузки сополимеризационной системы. Существенным минусом модели Г.А. Михайловского и др. [100] является пренебрежение кинетикой химического процесса - выражения материальных балансов по основным компонентам сополимеризационной системы записаны очень приблизительно, а значит, временная динамика удельного (т.е. на единицу объема) тепловыделения от реакционной массы рассчитывается очень приближенно, и модель нельзя использовать для реального технологического процесса.
Если перейти к рассмотрению прогностического модуля, то основная его задача - описание связи структурных характеристик полимеров с их свойствами. Известно несколько подходов к количественной оценке свойств полимеров на базе их строения:
1) полуэмпирический подход - суть подхода заключается в определении корреляционных зависимостей вида «параметр структуры-свойство» для какого-то одного полимерного объекта с последующим распространением полученных зависимостей на другие полимерные объекты;
2) подход J. Bicerano [119] - заключается в поиске корреляций свойств полимеров с индексами связанности их топологической структуры;
3) подход, основоположником которого является D.W. Van Krevelen [120], - расчеты осуществляются, исходя из принципа аддитивности, на основе вкладов группировок атомов, на которые условно расчленяются макромолекулы, в свойства полимеров;
4) подход А,А. Аскадского [121] - расчеты осуществляются, исходя из принципа аддитивности, на основе атомных вкладов и вкладов энергий физических и химических связей в свойства полимеров;
1 При стационарном режиме условия теплообмена не меняются в течение достаточно длительного промежутка времени; при динамическом режиме - меняются [116].