Step-Growth Polymerization Process Modeling and Product Design pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley-Interscience

作者:Kevin Seavey

出品人:

页数:712

译者:

出版时间:2008-08-11

价格:USD 145.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780470238233

丛书系列:

图书标签:

• 专业相关书籍
• 聚合物科学
• 逐步聚合
• 过程建模
• 产品设计
• 化学工程
• 反应动力学
• 分子量控制
• 聚合物性能
• 数值模拟
• 工业应用

动态调控与创新设计：高分子合成的理论基石与工程实践 本书深入剖析了一类至关重要的合成方法——步进聚合，并将其置于现代高分子材料的设计与生产的宏大框架下进行审视。我们关注的焦点并非局限于单一的聚合机理，而是从分子层面的反应动力学出发，逐步延伸至宏观的工艺参数调控，最终抵达产品性能的优化与创新设计。 第一部分：步进聚合的理论基石 在本部分，我们将全面而细致地构建步进聚合反应的理论模型。首先，从最基本的单体反应活性和链增长机理出发，详细阐述不同类型步进聚合（如缩合聚合、加成聚合）的反应路径。我们将深入探讨反应动力学方程的推导过程，包括不同反应级数、平衡常数以及速率常数对聚合过程的影响。重点将放在如何利用这些动力学模型来预测分子量分布、单体转化率以及聚合速率随时间的变化。 我们还将详细介绍影响步进聚合的各种因素，包括： 单体结构与官能团： 不同单体的反应活性、位阻效应以及官能团的化学性质如何影响聚合速率和最终产物的分子量。 催化剂体系： 催化剂的种类、浓度、活性以及选择性对聚合过程的控制作用。我们将探讨不同催化剂（如酸催化、碱催化、金属催化）的作用机理及其对反应速率和副反应的影响。 反应介质： 溶剂的极性、粘度以及溶解性对单体、聚合物以及催化剂的影响，以及溶剂化效应如何影响反应动力学。 温度与压力： 这些宏观参数如何通过影响反应速率常数、平衡常数以及反应物和产物的溶解度来调控聚合过程。我们将分析温度对反应活化能的影响，以及压力变化可能带来的相变效应。 搅拌与传质： 在多相反应体系中，搅拌效率对传质速率（例如，单体向催化剂表面的扩散、产物从反应区域的移除）的影响，以及如何通过优化搅拌参数来克服传质限制。 更进一步，我们将研究不同类型的步进聚合反应器模型，包括： 釜式反应器： 理想釜式反应器（CSTR）和活塞流反应器（PFR）的数学模型，以及它们在步进聚合过程中的应用和局限性。 管式反应器： 考虑轴向和径向扩散效应的管式反应器模型，以及如何利用这些模型来优化反应条件，减少副反应。 多相反应器： 例如，液-液、液-固、气-液多相反应器中，相间传质和反应速率的耦合模型，以及如何设计高效的多相反应器。 第二部分：工艺过程的建模与优化 在本部分，我们将把理论模型转化为实际的工艺设计与优化工具。重点将放在如何利用第一部分建立的动力学和反应器模型，来模拟和预测不同操作条件下的聚合行为。 我们将详细阐述： 质量守恒与能量守恒方程： 如何将这些基本守恒定律与反应动力学相结合，构建描述聚合物合成过程的数学模型。这将包括单体、中间产物、产物聚合物以及溶剂等组分的浓度变化。 热量传递模型： 考虑反应放热或吸热的影响，以及如何设计有效的传热系统来控制反应温度，避免“飞温”或反应速率过慢。我们将分析不同反应器壁的传热系数、换热器设计以及冷却/加热介质的流量对温度分布的影响。 传质模型： 在多相反应体系中，将重点关注传质限制如何影响整体反应速率，并探讨如何通过调整搅拌速率、介质粘度以及表面积等参数来优化传质效率。 数值模拟技术： 介绍求解复杂耦合方程组的数值方法，如有限差分法、有限元法以及计算流体动力学（CFD）在反应器模拟中的应用。我们将展示如何利用这些工具来可视化反应过程中的浓度和温度分布，识别潜在的瓶颈。 工艺优化策略： 基于仿真结果，探讨如何通过参数优化来提高产率、控制分子量分布、降低能耗以及减少副产物生成。我们将介绍响应面法、遗传算法等优化方法在聚合物合成工艺中的应用。 在线监测与反馈控制： 讨论如何整合在线分析技术（如红外光谱、粘度计、色谱仪）与过程模型，实现对聚合过程的实时监测和闭环控制，确保产品质量的稳定性和一致性。 第三部分：产品设计与性能调控 本部分将步进聚合的理论与工程实践紧密结合，聚焦于如何根据特定的应用需求，通过精细调控聚合过程和化学结构，设计具有目标性能的高分子材料。 我们将深入探讨： 分子量与分子量分布的调控： 如何通过精确控制单体配比、引发剂/链转移剂浓度、反应时间以及终止方式，来获得目标分子量范围以及特定的分子量分布（例如，窄分布用于高性能薄膜，宽分布用于工程塑料）。 共聚物的组成与序列控制： 对于涉及两种或多种单体的共聚体系，我们将研究如何通过调控单体加料顺序、反应速率差异以及转化率，来控制共聚物的序列结构（如无规共聚、嵌段共聚、交替共聚），从而实现性能的协同效应。 支化与交联结构的精确设计： 如何通过引入支化剂或交联剂，以及控制其用量和反应条件，来制备具有不同支化度或交联度的聚合物网络，从而影响材料的力学性能、溶解性、热稳定性以及流变行为。 官能团修饰与后聚合处理： 讨论在聚合过程中引入特定官能团，或通过后聚合处理（如端基修饰、侧链接枝）来赋予聚合物新的功能，例如生物相容性、导电性、疏水/亲水性等。 材料性能预测与关联： 建立聚合物微观结构（分子量、序列、支化度）与宏观性能（力学强度、弹性模量、热稳定性、玻璃化转变温度、溶解度、加工性能）之间的定量关系。我们将介绍各种表征技术（如GPC、DSC、TGA、SEM、TEM、NMR）在理解和验证这些关系中的作用。 应用导向的产品开发： 结合具体应用案例，例如高性能纤维、工程塑料、特种涂料、粘合剂、生物医用材料等，展示如何运用步进聚合的理论与模型，通过优化合成工艺来满足这些材料严苛的性能要求。我们将分析不同应用场景对材料性能的关键指标，并阐述如何通过分子设计和过程控制来实现这些目标。 通过对步进聚合过程的深入理解和精细建模，本书旨在为高分子科学家、化学工程师以及材料设计师提供一套强大的理论工具和实践指导，助力他们在新材料的研发和产业化过程中取得突破。

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