《超重力強化調控陽離子聚合反應機制及套用》是依託北京化工大學，由鄒海魁擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超重力強化調控陽離子聚合反應機制及套用
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：鄒海魁
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對陽離子聚合反應過程，以超重力設備為核心聚合反應器，以丁基橡膠和/或聚異丁烯的合成為實施對象，在對超重力設備中流體力學行為研究基礎上，採用實驗研究和計算流體力學相結合的方法，建立分子混合/傳遞-反應過程的理論模型；同時對反應動力學與混合、傳遞過程的協同機制進行研究，掌握過程調控方法，實現分子混合/傳遞與反應過程的匹配，形成超重力反應器內反應與混合、傳遞過程協同控制的基礎理論，並用於指導陽離子聚合法製備丁基橡膠和/或聚異丁烯，為超重力技術在陽離子聚合過程中的套用提供良好的理論基礎和實驗指導。
結題摘要
陽離子聚合是工業生產中套用相對較少的一類聚合反應，但採用離子聚合可對產品結構進行有效調控，最佳化產品性能，因此是一種重要的聚合方法。研究表明，陽離子聚合反應速率快、放熱量大，若極短時間內催化劑與單體不能實現快速均勻混合，則反應器不同位置的單體與催化劑的比例將出現很大差別，會嚴重影響產品品質。同時，隨著聚合反應進行，體系粘度將迅速增大，因此，如何在高粘狀態下實現對聚合反應器內混合和傳遞過程的有效調控就成為陽離子聚合過程的關鍵。 本項目以超重力反應器(RPB)為聚合反應器，針對RPB反應器的流體流動、混合與反應過程進行了實驗和模擬研究，揭示了RPB 填料流動端效應區、巨觀混合對微觀混合效率以及黏性流體微觀混合效率的影響規律，建立了CFD模型，闡明了RPB對流體傳遞混合效率的強化機制;以RPB為聚合反應器，採用陽離子聚合法製備了聚異丁烯，研究了聚合物分子量及分子量分布等變化規律;為進一步提高丁基橡膠產品的套用性能，本項目還進行了丁基橡膠的溴化研究，探索了適宜的工藝條件;結合實驗建立了聚合反應動力學模型，研究了反應動力學與傳遞、混合過程的協同機制，為超重力反應器在產品工程中的套用提供新的思路和理論基礎。 主要成果包括：1、 採用高速攝像技術對旋轉床空腔區內液滴的尺寸和速度進行了測量，研究了各操作條件下從填料甩出的流體形態，並將液體微元尺寸及速度回歸為經驗方程式;2、 建立了套用x-射線CT技術進行超重力反應器內液體流動的可視化新觀測方法，為研究RPB傳質和反應行為提供重要基礎數據；3、 考察了黏度和轉速等對分子混合效率的影響規律，證實了RPB分子混合效率的可調變性；並實驗研究了不同填料表面結構對微觀混合性能的影響，為填料的選擇提供依據；4、成功將RPB套用到高活性聚異丁烯的生產中，製備出了各項指標優異的聚異丁烯產品，並確定了最最佳化的操作參數；5、以RPB為丁基橡膠溴化反應器，實現了溴化過程強化，基本形成了超重力反應器製備BIIR的新方法，為進一步提高丁基橡膠產品的性能提供技術基礎;6、採用鏈節分析法，結合聚並-分散模型，建立了RPB內聚合反應過程數學模型，模型計算結果與實驗結果吻合良好。 獲得國家技術發明獎二等獎1 項；共發表論文9篇（SCI收錄5篇；EI收錄2篇），申請發明專利3件。培養博士後1名，畢業博士生1名、碩士生4名。
