[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

摘要

本发明属于高分子聚合技术领域，具体为一种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。本发明使用蒙特卡洛模拟方法，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，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。并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，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。

主权项

1.一种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，其特征在于具体步骤为：（1）确定共聚体系中所有的基元反应对两元共聚反应，包括自由基引发反应，链增长反应，终止反应，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）确定各种基元反应的速率常数两元自由基共聚体系的速率常数包括引发速率常数K_d， M₁自由基与单体M₁增长速率常数K₁₁；M₁自由基与单体M₂增长速率常数K₁₂；M₂自由基与单体M₂增长速率常数K₂₂；M₂自由基与单体M₁增长速率常数K₂₁；M₁自由基与M₁自由基终止速率常数K_t11 ；M₁自由基与M₂自由基终止速率常数K_t12；M₂自由基与M₂自由基终止速率常数K_t22；（3）宏观条件和微观条件之间的转换将步骤2中所述的所有反应的宏观速率常数K_mac转化成蒙特卡洛模拟的微观反应速率常数K_micro；对于一级反应，对于不同物种之间的二级反应，对于同一物种之间的二级反应其中，N_a为阿伏伽德罗常数，大小为6.02×10²³，V为反应体系的体积；（4）使用蒙特卡洛算法，基于各种基元反应建立自由基共聚反应的算法 其步骤为： (a) 输入所有基元反应速率常数和所有种类化学物种的分子个数，并将宏观反应速率常数变换为微观反应速率常数，将时间t设定为零；(b) 计算各种反应的速率以及速率加和，计算各反应概率；(c) 产生两个单位区间内均匀分布的随机数，判断下一步将发生何种反应，相应地调整反应所涉及的化学物种的分子个数，计算时间间隔，累加到时间t上去；(d) 将物种的变化分别记录在不同数组中，并进行统计；多次重复步骤(b)和(c)即可得到各化学物种随时间的演化；（5）将步骤（2）中查到的速率常数输入算法中，进行运算其运算过程描述如下:首先依据步骤（1）中确定的基元反应的速率参数来计算研究体系中各基元反应的概率，然后由随机数来决定下一步将发生何种基元反应；在某一反应发生时，统计所涉及到的所有相应化学物种的变化，其中包括各种单体的个数，各种自由基的个数，自由基的种类, 链自由基的长度，共聚物中不同单体的链段的长度，共聚物的链长，并将各种单体分子个数、引发剂分子个数，各种链自由基个数，各种链自由基个数的长度，共聚物中不同单体的链段的长度，聚合物分子量分别储存到相应的数组里；同时每根链自由基有四个参数用来标记标号，链长，自由基种类，链段分布；（6）对模拟结果进行统计，得到不同的转化率阶段的序列分布在模拟程序运算过程中，已经对体系中的每一物种，包括单体的个数，各种自由基的个数，自由基的种类, 链自由基的长度，共聚物中不同单体的链段的长度，共聚物的链长的变化进行精确地跟踪记录，并分别记录在不同数组中，随着反应的进行，程序会对各种参数进行统计，并记录在数组中，得到所需的结果，具体如下：a、通过跟踪统计所有单体的变化可以推导出反应体系中转化率随时间的变化趋势；b、通过跟踪统计体系中单体M₁和单体M₂浓度的变化推导出反应体系中单体组成随转化率的变化趋势；c、通过跟踪统计已经进入共聚物的单体M₁和单体M₂的变化推导出共聚物组成随转化率的变化趋势；d、通过跟踪统计生成聚合物数量与其分子量的变化推导出共聚物数均分子量随转化率的变化趋势；e、通过跟踪统计生成聚合物数量与其分子量的变化推导出共聚物重均分子量随转化率的变化趋势；f、通过跟踪统计每个聚合物链中所有的链段长度推导出共聚物链段序列分布随转化率的变化趋势；g、通过跟踪统计不同转化率阶段产生的聚合物链中的链段长度推导出分布随不同转化率阶段的共聚物链段序列的情况。