矩方法在RDRP技术模型化研究中的应用

可逆失活自由基聚合(Reversible-Deactivation Radical Polymerization, RDRP)是一类可控自由基聚合技术,自二十世纪90年代被发明以来在高分子化学领域受到了广泛关注。与传统自由基聚合技术相比,RDRP具有适用单体范围广泛、反应条件温和以及可方便对聚合物进行结构设计的优点。近年来,通过建立数学模型优化聚合条件及过程,从而实现对聚合物链特性,如分子量及其分布、共聚组成及组成分布、聚合物链的序列分布等更精确的控制。通常,模拟方法可以分为概率统计法(Probabilistic Method)和确定法(Deterministic Method)。其中,蒙特卡罗法(Monte Carlo Simulation)是典型的概率统计法,应用该方法需要事先确定反应发生的概率,适用于对复杂体系的模拟;而确定法则是建立在确定反应历程物料守恒基础上。后面中应用最为广泛的当属基于离散Galerkin hp 算法的Predici® 软件和矩方法。与蒙特卡罗法和商业软件Predici®相比,矩方法可以很简便描述转化率、平均分子量及组分随反应时间的变化,是一种低成本的数学模型处理方法。因此,矩方法建模在RDRP模拟研究中非常重要。

mre

基于多年在聚合反应工程以及多尺度化工反应器设计方面的研发工作,上海交通大学化学化工学院化学工程系的罗正鸿教授和周寅宁博士综述了矩方法在RDRP模型化研究中应用的最新进展。该文旨在为该领域研究者介绍基于矩方法的RDRP模型化研究特点,原理和适用范围,为日后进一步完善RDRP模型化工作提供借鉴。论文首先简要介绍RDRP的原理,主要包括原子转移自由基聚合(ATRP), 氮氧调控自由基聚合(NMP), 可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合;在此基础上,重点介绍矩方法在上述三类可控自由基聚合体系中的应用进展。如间歇反应器中聚合速率和聚合物链平均性质的预测,半连续器反应器中进料策略对聚合物微结构的调控,连续反应器中的聚合动力学行为和聚合产品性质的评估以及表面引发聚合和交联/支化聚合体系中特征参数的考察。论文最后讨论了现有基于矩方法的RDRP模型化研究所取得的成果和存在的瓶颈,并从高分子化学和聚合反应工程两方面,对RDRP的发展前景和方向阐述了自己的观点。相关论文目前在线发表在Macromolecular Reaction Engineering(DOI: 10.1002/mren.201500080)上。