甲基丙烯酸甲酯澆注聚合模型及過程優(yōu)化.pdf

1、澆注有機玻璃厚板制備過程存在反應(yīng)熱效應(yīng)顯著、體系傳熱困難和聚合易失控等問題，影響制品結(jié)構(gòu)、性能的穩(wěn)定和生產(chǎn)效率的提高。本文先從甲基丙烯酸甲酯(MMA)本體聚合基元反應(yīng)和物料平衡出發(fā)，建立聚合動力學(xué)模型并進行模型考核；再將聚合動力學(xué)模型與澆注平板聚合的傳熱相結(jié)合，建立聚合動力學(xué)-傳熱耦合的MMA平板聚合模型，并對模型進行仿真和討論。本文研究對有機玻璃生產(chǎn)配方和工藝條件設(shè)計有一定的指導(dǎo)作用。 首先對新型過氧化物L(fēng)uperox10和L

2、uperox575引發(fā)的MMA本體聚合動力學(xué)和制備的PMMA板的結(jié)構(gòu)/性能進行了表征。發(fā)現(xiàn)隨著聚合溫度和引發(fā)劑濃度的增加，聚合速率增大，產(chǎn)物分子量下降；不同比例Luperox10/Luperox575復(fù)合使用時，與AIBN引發(fā)反應(yīng)相比，相同聚合時間的最終轉(zhuǎn)化率提高，反應(yīng)速率分布均勻。在相近轉(zhuǎn)化率下，采用Luperox10/Luperox575復(fù)配比例為1/3的引發(fā)體系制備的有機玻璃板，PMMA數(shù)均分子量最高，分子量分布最窄，玻璃化溫度略

3、高于其它配比的板材，熱失重優(yōu)于其它配比的板材。 其次，根據(jù)MMA本體聚合基元反應(yīng)和物料衡算，考慮擴散、凝膠和玻璃化效果對動力學(xué)參數(shù)的影響和聚合過程的體積收縮，建立了MMA本體聚合動力學(xué)模型，模型能夠有效預(yù)測MMA本體聚合轉(zhuǎn)化率、PMMA分子量和體系收縮的變化，仿真結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合較好，可用于指導(dǎo)MMA本體聚合配方和操作條件的設(shè)計。 針對水浴法和暖房法有機玻璃平板聚合，分別建立了一維和二維傳熱物理模型，根據(jù)微小單元內(nèi)反應(yīng)

4、生熱和傳熱規(guī)律，推導(dǎo)得到聚合動力學(xué)-傳熱耦合的MMA平板聚合模型，建立了模型邊界條件、簡化假設(shè)條件和數(shù)學(xué)求解方法。 根據(jù)聚合動力學(xué)-一維傳熱耦合的MMA平板聚合模型，仿真得到聚合體系溫度、轉(zhuǎn)化率、PMMA分子量及其分布等的時空分布，發(fā)現(xiàn)體系溫度具有明顯的時空分布不均勻性，通常表現(xiàn)為溫度隨板厚呈拋物線分布，平板中間溫度最高，而邊緣最低(高溫保溫階段除外)；與聚合動力學(xué)相對應(yīng)，體系溫度通常先隨聚合時間增長而提高，在凝膠化階段模具內(nèi)各

5、點物料溫度達(dá)到最大值，隨后溫度下降，當(dāng)反應(yīng)進入高溫保溫階段時，則再次上升。由于以上溫度變化，PMMA分子量通常呈現(xiàn)由板中間向兩側(cè)逐漸遞增的變化。不同引發(fā)劑、傳熱方式和板厚條件下的仿真結(jié)果表明，采用低溫聚合能減小體系溫度梯度，獲得高分子量和窄分布的制品；采用逐步升溫和逐步降溫的加熱工藝可提高聚合物料溫度和PMMA分子結(jié)構(gòu)的時空分布均勻性，對提高有機玻璃制品性能有利；引發(fā)劑的種類對平板澆注聚合反應(yīng)體系中溫度場分布、轉(zhuǎn)化率、分子量及分布有顯著