探究甲基丙烯酸甲酯浇注聚合模型及过程优化

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1、浙江大学材料与化学工程学院硕士学位论文甲基丙烯酸甲酯浇注聚合模型及过程优化姓名：张丹申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：黄志明;包永忠20080501浙江大学硕士学位论文摘要浇注有机玻璃厚板制各过程存在反应热效应显著、体系传热困难和聚合易失控等问题，影响制品结构、性能的稳定和生产效率的提高。本文先从甲基丙烯酸甲酯(MMA)本体聚合基元反应和物料平衡出发，建立聚合动力学模型并进行模型考核：再将聚合动力学模型与浇注平板聚合的传热相结合，建立聚合动力学-传热耦合的MMA平板聚合模型，并对模型进行仿真和讨论。本文研究对有机玻璃生产配方和工艺条件设计有一定的指导作用。首先对新型过氧化物

2、I^1peroxl0和Luperox575引发的MMA本体聚合动力学和制备的PMMA板的结构／性能进行了表征。发现随着聚合温度和引发剂浓度的增加，聚合速率增大，产物分子量下降；不同比例LuperoxlO／Luperox575复合使用时，与AIBN引发反应相比，相同聚合时间的最终转化率提高，反应速率分布均匀。在相近转化率下，采用Luperoxl0／Luperox575复配比例为1／3的引发体系制备的有机玻璃板，PMMA数均分子量最高，分子量分布最窄，玻璃化温度略高于其它配比的板材，热失重优于其它配比的板材。其次，根据MMA本体聚合基元反应和物料衡算，考虑扩散、凝胶和玻璃化效果对动力学

3、参数的影响和聚合过程的体积收缩，建立了MMA本体聚合动力学模型，模型能够有效预测MMA本体聚合转化率、PMMA分子量和体系收缩的变化，仿真结果与实验数据吻合较好，可用于指导MMA本体聚合配方和操作条件的设计。针对水浴法和暖房法有机玻璃平板聚合，分别建立了一维和二维传热物理模型，根据微小单元内反应生热和传热规律，推导得到聚合动力学．传热耦合的MMA平板聚合模型，建立了模型边界条件、简化假设条件和数学求解方法。根据聚合动力学．一维传热耦合的MMA平板聚合模型，仿真得到聚合体系温度、转化率、PMMA分子量及其分布等的时空分布，发现体系温度具有明显的时空分布不均匀性，通常表现为温度随板厚呈

4、抛物线分布，平板中间温度最高，而边缘最低(高温保温阶段除外)；与聚合动力学相对应，体系温度通常先随聚合时间增长而提高，在凝胶化阶段模具内各点物料温度达到最大值，随后温度下降，。当反应进入高温保温阶段时，则再次上升。由于以上温度变化，PMMA分子量浙江大学硕士学位论文通常呈现由板中间向两侧逐渐递增的变化。不同引发剂、传热方式和板厚条件下的仿真结果表明，采用低温聚合能减小体系温度梯度，获得高分子量和窄分布的制品；采用逐步升温和逐步降温的加热工艺可提高聚合物料温度和PMMA分子结构的时空分布均匀性，对提高有机玻璃制品性能有利；引发剂的种类对平板浇注聚合反应体系中温度场分布、转化率、分子量

5、及分布有显著的影响，因根据制品的性能要求和加热工艺配制适合的引发体系，引发剂用量增大，热效应影响增大，导致制品结构差别增大：板厚增加，热效应增大，为制得性能均一的厚板制品宜采用更低的聚合温度，并根据加热工艺调整引发体系。关键词：甲基丙烯酸甲酯，有机玻璃，聚合动力学，传热，模型H浙江大学硕士学位论文ABSTRACTPoly(me也ylm融laCryla：ce)(PMMA)isam萄orcommod时plasticandwidelyuSed嬲orgallicgl嬲sduet0itseXcelIenttrallSparency．IIlnleproductionoftllec丛tingor

6、g砌cgl嬲s，tllepol烨rizationise嬲yt0beoutofcontrolsiIlcetllereactionheatisgreatw11iletheheat订ans矗冀isdi伍cult'resultingtheunsJtabili够0fstructureandpropertyoftheprodIUct强dnledecrea瞅：ofproductionefnciency．IIl“st11esis，tllemodelsf．0rMMAbuu【polym嘶zationwereproposed0nt11ebaSisoftllee1锄enta拶reactions锄dspec

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