納微介觀尺度聚合物系多相反應過程的基礎研究

《納微介觀尺度聚合物系多相反應過程的基礎研究》是依託蘇州大學，由潘勤敏擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：納微介觀尺度聚合物系多相反應過程的基礎研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：潘勤敏
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

納微介觀尺度聚合物系的多相反應過程是化學過程中具有代表性的複雜介尺度體系，這類體系呈現強烈的非線性傳遞行為，對經典的化學工程理論的套用具有挑戰性。本項目以丁腈橡膠乳液直接氫化過程為對象，研究納微介觀尺度聚合物系的反應、多相質量傳遞、反應和質量傳遞的耦合，探討聚合物粒子在納微尺度範圍內變化時對過程行為的影響，建立丁腈橡膠氫化體系多相質量傳遞行為與反應的耦合機理和動力學模型，研究過程的強化途徑和最佳化方法。氫化丁腈橡膠是性能優良的彈性體材料，在汽車發動機、油田等條件惡劣、常規聚合物不能勝任的場所有重要用途；目前其工業過程都是溶液技術，使用大量有機溶劑、過程繁複；如果改成乳液直接氫化過程，則將大大簡化過程環節、免除使用有機溶劑、降低成本、節能減排。因此本項目的研究不僅可以加深對納微介觀尺度聚合物系的多相反應過程的認識和豐富相應的基礎理論，同時可為我國高性能彈性體綠色技術的建立提供基礎依據。

結題摘要

項目背景： 1. 理論背景：傳統化學工程基本理論在很多新興領域遇到了挑戰，尤其是在納微介尺度領域，非線性問題顯著的體系。 2.套用背景：我們國家的丁腈橡膠的氫化技術一直沒有工業化，而在這個領域中的乳液體系的直接氫化是該領域的目前最尖端的技術，其中存在介尺度問題，很有必要展開深入的研究。 基於以上兩個背景，本研究以丁腈橡膠乳液直接氫化為模型體系，研究乳膠顆粒尺度對橡膠氫化過程的影響以及丁腈橡膠乳液直接氫化的套用基礎研究。 主要研究內容： 本項目的研究方向沒有改變，但隨著研究的深入，新的實驗現象、研究思路不斷產生，以及國家創新創業的導向，研究的具體內容有了一些調整。增加或延伸的部分包括：（1）將原來針對丁腈橡膠的氫化擴展到包括丁腈橡膠在內的多種C4、C5二烯基聚合物的氫化；（2二將原來偏重於基礎理論的研究延伸到產業化；（3）把原來著重於高壓氫化的研究擴展到偏重於更有價值的常壓氫化；（4）把原來著重於單核結構的膠乳體系擴展到各種結構的納微粒子的合成和氫化。縮減的內容包括：部分物性研究和傳遞實驗。這是因為本項目研究在開始初很快就取得進展，找到了克服傳質阻力的關鍵條件，使得體系中的質量傳遞不再是本項目需要解決的主要問題。 重要成果、關鍵數據和科學意義： 在本研究的膠乳氫化體系，發現膠乳粒子尺度存在傳質-反應耦合奇點。越過了這個點，無凝膠和高氫化度可以同時輕鬆實現。這個點隨反應體系略有不同。發展了簡單地合成均勻納微球形粒子、雙球形異性粒子和均中空納微球形粒子的方法。實現可控合成納微尺寸的各類聚合物膠乳。 成功實現氣相氫和原位氫直接飽和二烯基納微膠乳中的雙鍵，無凝膠且氫化度達95%以上。結合烯烴易位技術，成功實現從二烯單體到功能高分子,又從功能高分子回到單體的有效循環，其意義在於目前依賴於化石資源的高分子製造有可能實現可持續循環使用。研究工作得到產業化部門關注，開始C5樹脂氫化產業化，獲產業化經費520萬。 直接相關的授權發明專利2兩項，部分相關合作發明專利授權4項、申請8項。發表文章約40篇。 參加國際會議10餘次；帶研究生去北美參加化學工程會議6人次；邀請諾貝爾獎得主Grubbs教授講學和交流1次，邀請加拿大皇家科學院院士來訪8人次，邀請國外其他教授來訪10餘人次。培養碩士生14名；聯合培養博士生6名。接受滑鐵盧大學coop學生15人次，為研究生提供了良好的與國外學者交流環境。