Введение к работе
Актуальность В промышленном производстве бутадиенового каучука одними из наиболее перспективных являюгся каталитические системы на основе соединений кобальта в связи с высокими значениями молекулярной массы, стереорегулярности синтезированного полимера, дешевизной самого катализатора и экологичностью процесса В настоящее время у отечественных производителей интерес к кобальтовым катализаторам несколько снизился. Объясняется это жесткими технологическими требованиями к производству СКДК. Однако соблюдение оптимального режима процесса полимеризации бутадиена под действием кобальтового катализатора дает возможность получения полимера с содержанием цис-звеньев до 98%, высокой молекулярной массой полимера, низкой разветвленностью и отсутствием геля. На сегодняшний день такой бутадиеновый каучук успешно производится в Германии фирмой «Bayer». Кроме того, за рубежом ( в Японии, Канаде, Германии) для промышленности пластмасс выпускают разветвленный цис-полибутадиен с использованием металлоорганических катализаторов на основе соединений кобальта. Этот каучук позволяет получать ударопрочный полистирол с повышенным уровнем технологических, физических и потребительских свойств.
Наиболее важное влияние на молекулярно-массовые характеристики и свойства бутадиенового каучука на кобальтовом катализаторе оказывают реакции, приводящие к разветвленности цепи. В настоящее время достаточно хорошо исследованы реакции передачи цепи, реакция перекрестного роста исследована только по типу «живой» с «мертвым». Математическое описание реакции перекрестного роста по типу «живой» с «живым» для анионной полимеризации отсутствует по причине недостаточно полного описания механизма данной реакции и значительного усложнения решения системы кинетических уравнений. Поэтому весьма актуальным является исследование совместного влияния реакций передач цепи и перекрестного роста макромолекул для установления механизма процесса полимеризации, инициируемой кобальтсодержащей каталитической системой, и произвести выбор между возможными механизмами процесса. Численные эксперименты на ЭВМ дают возможность рассмотреть влияние различных реакций передачи и перекрестного роста макромолекул на процесс полимеризации в широком диапазоне входных параметров, рассчитать условия получения каучука с заданной разветвленностью и молекулярно-массовыми характеристиками, что является актуальной проблемой для науки и химической промышленности.
Работа выполнялась в рамках государственный программ: Грант Президента РФ №96-15-97179 «Моделирование процессов полимеризации при производстве синтетических каучуков»;
Грант Президента РФ №00-15-99-438 «Моделирование взаимосвязанных явлений переноса и химического превращения в процессах полимеризации при получении синтетических каучуков СКЭПТ и СКДК»;
с национальная! БИБЛИОТЕКА J
Программа РТ по развитию приоритетных направлений науки по теме № 07-7.5-56/2001 (Ф) «Совершенствование и промышленное освоение энерго- и ресурсосберегающих технологий синтеза каучуков СКДК и ДССК»; Программа РТ по развитию приоритетных направлений науки по теме №07-19.2.17/2000(ФП) АН РТ «Моделирование и оптимизация процессов полимеризации при производстве синтетических каучуков»;
Грант Президента РФ № МД-104.2003.08 «Исследование совместно протекающих процессов химического превращения и теплообмена при синтезе каучуков СКДК и ДССК».
Работа по определению механизма процесса полимеризации СКДК проводилась совместно с научно-технологическим центром ОАО «Нижнекамскнефтехим», Научно-исследовательским институтом шинной промышленности (г.Москва), Научно-исследовательским физико-химическим институтом им.Карпова (г.Москва). Цель и основные задачи
Исследование и моделирование процесса синтеза каучука СКДК в условиях протекания реакций передачи цепи и перекрестного роста, установление механизма процесса полимеризации бутадиена на кобальтсодержащей каталитической системе, изучение влияния основных передатчиков цепи и реакции перекрестного роста на характеристики получаемого продукта. Научная новизна
проведено математическое моделирование процесса синтеза бутадиена на каталитической системе октаноат кобальта/диизобутилалюминийхлорид/вода в реакторе периодического действия;
идентифицирован механизм процесса полимеризации при получении каучука СКДК путем сопоставления математических моделей по различным кинетическим" схемам;
на основе полученной модели определены кинетические константы скоростей реакций;
впервые изучена реакция перекрестного роста по типу «живой» с «живым» для -анионнойполимеризации;
проведено исследование влияния передатчиков цепи и реакции перекрестного роста по типу «живой» с «живым» и «мертвым» с различными значениями констант на молекулярно-массовые характеристики каучука СКДК.
Практическая значимость. Математическое моделирование процесса синтеза каучука СКДК позволило приблизиться к пониманию истинного механизма полимеризации и определить основные кинетические константы. На основе этого возможно осуществить моделирование реального промышленного процесса получения каучука СКДК и определить оптимальные режимы ведения технологического процесса. Основным допущением развитого подхода является отсутствие кинетического обрыва, а не конкретный механизм роста цепи, поэтому данный подход применим к моделированию любого процесса полимеризации, удовлетворяющего этому условию независимо от механизма.
Апробация работы Материалы диссертации докладывались и обсуждались на международной научной конференции "Polymerwerkstofle 2002", Германия, 25-27 сентября 2002 г., на Юбилейной научно-методической конференции «III Кирпичников-ские чтения» КГТУ, Казань, 25-28 марта 2003 г., XVI международной научной конференции "Математические методы в технике и технологиях ММТТ16", Санкт-Петербург, 16-18 сентября 2003.
Публикации По теме диссертации опубликовано 10 работ.
Объем работы Диссертационная работа изложена на 120 страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав, заключения, приложения и списка литературы. Список использованной литературы включает 100 наименований работ отечественных и зарубежных авторов. Иллюстрационный материал содержит 45 рисунков, 9 таблиц в тексте.
