[发明专利]蒙特卡洛模拟预测自由基共聚体系中共聚物序列分布的方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子聚合技术领域，具体涉及一种自由基共聚体系中共聚物序列分布的估算方法。

背景技术

由两种或两种以上单体共同参加的聚合反应称作共聚反应，所得的产物是含有两种或多种单体单元的共聚物。由于均聚物的种类有限，通过与第二，第三单体共聚，可以改进大分子的结构性能，增加品种，扩大应用范围，而且共聚物比单体均聚物具有更好的加工和使用性能，具有更广泛的商业应用价值。不同于均聚反应，在共聚反应中，共聚物组成和序列分布上升成为首要问题。在共聚反应中，存在着链段分布不均匀的问题，共聚前期和后期生成的共聚物组成并不一致，共聚物组成和序列分布随转化率而变，共聚物的瞬时组成、平均组成、序列分布等都是共聚研究中的重要问题。特别是无规共聚物种，同一大分子内M₁，M₂两单元的排列是不规则的，存在链段分布问题，两个大分子之间的链段分布也存在差别，重要的是共聚物序列分布影响着共聚物的物理和化学性能，由于对高分子链的序列结构研究尚无直观有效的实验手段，核磁, 紫外，红外，X射线电子能谱等方法只能限定在特殊的几种单体或者表征链段长度小于4的序列分布，使用范围很窄，对于表征链段更长的序列分布及序列分布随转化率的变化则无能为力，到目前为止，还不能理想地测定大部分无规共聚物的链节排布序列结构。Monte Carlo（蒙特卡洛）模拟方法是一种有效的随机统计方法，被广泛的使用于物理，化学等领域。在自由基聚合反应问题中，Monte Carlo（蒙特卡洛）方法的主要优点在于可以不受稳态假定的限制，而且可以推广到复杂的反应体系。自由基聚合体系、特别是多元共聚体系是一个包含多个基元反应的复杂反应体系，用传统的解析处理得不到聚合反应动力学、分子量分布和共聚组成等信息。而Monte Carlo（蒙特卡洛） 模拟方法非常适合对这类复杂反应的研究。本发明拟建立两元共聚的Monte Carlo （蒙特卡洛）模拟方法，通过模拟得到聚合体系的分子量, 分子量分布、共聚组成及序列分布的变化规律。

发明内容    

本发明的目的在于提供一种得到信息多、适用面广的估算自由基共聚体系中共聚物序列分布的方法。

本发明提出的估算自由基共聚体系中共聚物序列分布的方法，主要是使用Monte Carlo（蒙特卡洛）模拟的方法，从共聚反应的基元反应出发，不需要作稳态假设，直接观察反应体系内各种化学物种随时间的变化情况，并跟踪体系内所有物种的去向，记录下来，从而得到共聚反应的单体转化率、数均分子量、重均分子量、分子量分布、共聚组成等随时间变化的函数。最重要的是可以根据基元反应的速率常数预测出产物的微观序列分布，如每种单体的链段长度的统计数据，这样就可以得到不同转化率阶段的共聚产物的链段序列分布的分布曲线，从而可更好地了解共聚反应的过程和反应机理。具体步骤如下：   

（1）确定共聚体系中所有的基元反应。

对两元共聚反应，包括自由基引发，链增长，终止等反应，链增长部分包括M₁自由基分别与单体M₁与M₂的反应，M₂自由基分别与单体M₁与M₂的反应, 共四组反应。终止反应部分包括M₁自由基自终止反应；M₁自由基与M₂自由基终止反应；M₂自由基自终止反应。

（2）从聚合物手册中查出速率常数的数值，确定各种基元反应的速率常数。