全  站关键词

摘　要 : 通过对异氰酸酯和端羟基聚醚二元醇反应机理的探讨 , 分析了影响反应速率的各个主要因素 , 建立了反应速率与各因素之间的数学模型 , 对模型进行了解释和 MATLAB 模拟 , 对模型特征进行了进一步的直观化描述。     关键词 : 异氰酸酯 ; 端羟基聚醚二元醇 ; 反应速率 ; 数学模型 ;MATLAB 模拟     0 　引　言     聚氨酯工业凭借其独特的优势在国民经济中的地位越来越重要 , 从塑料、橡胶、涂料到纳米复合材料 , 聚氨酯产品应用非常广泛。异氰酸酯和多元醇的反应是聚氨酯化学工业的一个基础反应 , 对其反应的动力学进行研究和探讨无论是从理论上还是实际上都具有十分重要的意义 , 特别是近几十年来 , 随着计算机技术的发展 , 更是推动了各个科学领域的日益进步。 MATLAB 语言的应用给广泛的科学研究带来了便利 , 本文用 MATLAB 对所建模型进行了描述性模拟 , 得出了模型的直观化图解。     1 　异氰酸酯与端羟基聚醚二元醇的反应机理     异氰酸酯因含有类似酰胺基团的— NCO, 它可以与含活泼氢的化合物如端羟基多元醇反应 , 其机理很复杂 , 到目前还不是很清楚 , 现在较多的看法是由于其电荷分布情况和电子密度引起的 , 电负性的不同引起了相互吸引碰撞而反应: 亲电子性的异氰酸酯→相互吸引发生碰撞←亲核性的活泼 H 化合物     2 　异氰酸酯与端羟基聚醚二元醇的反应速率的影响因素 　　异氰酸酯与端羟基聚醚二元醇的反应速率影响因素很多 , 其内因主要是异氰酸酯和聚醚二元醇的结构 , 即结构决定性质 , 对于一个已经设计好的反应来说 , 其具体的物质定了以后 , 决定反应速度快慢的内因也就随之而定 , 因此 , 我们重点考虑反应的其他因素对其反应速率的影响情况。一般来说在没有催化剂参与的情况下影响异氰酸酯和聚醚二元醇反应速率的外部因素主要有反应的温度、反应物的浓度、反应器的搅拌混合状况 , 下面就以上各因素对反应速率的具体影响进行讨论并建立数学模型。     2. 1 　异氰酸酯和端羟基聚醚二元醇反应速率模型假设     (1) 所用反应物足够纯净 , 无因杂质粒子的存在而引发的副反应发生 ;     (2) 异氰酸酯的— NCO 基和聚醚二元醇的— OH 反应的条件是 2 个基团必须碰撞才能发生。异氰酸酯和聚醚二元醇反应的反应速率与 2 个基团的碰撞速率成正比 ;     (3) 异氰酸酯的— NCO 基和聚醚多元醇的— OH 的碰撞几率由以下 6 个因素决定 :     ①聚醚二元醇的相对分子质量 : 相对分子质量越大碰撞几率越小 , 假设与其成反比 ( 假设原理 : 线型的端羟基聚醚二元醇相对分子质量越大 , 其端— OH 被蜷曲缠绕的聚醚包裹的可能性就越大 , 亦即 2 个基团— NCO 和— OH 碰撞几率就越小 ) ;     ②所处环境温度 : 反应体系温度越高 , 分子运动越快 , 分子之间碰撞的几率越大 , 异氰酸酯和二元醇反应的反应速率越高 ;     ③反应物的浓度 : 反应物的浓度越大 , 其碰撞几率越大。反应物的浓度随着反应的进行逐步降低 , 是反应时间 t 的函数 , 假设反应物浓度和反应时间的 2 次方成反比 ( 假设依据研究— NCO 的含量随着反应的进行 , 不断降低 , 表现出二次曲线的特征 ) ;     ④反应搅拌速度 : 搅拌速率越大 , 两种基团的碰撞几率越大 , 但是并非成线性关系 , 假设碰撞几率与搅拌速度的反正弦函数的一倍数成正比。 ( 假设理论依据 : 在试验过程中固定其他各个条件不变 , 当搅拌速度逐渐增大时 , 发现反应体系的温度逐渐上升至一特定值 , 当继续增加搅拌速度时 , 温度不再发生变化 , 其变化趋势与反正弦函数曲线吻合 ) ; ⑤异氰酸酯的— NCO 和聚醚二元醇— OH 碰撞后反应视为瞬时 , 其速率为一常数 ;     ⑥忽略分子间的各种作用力 ( 对于一定的反应物质 , 其本身的结构已定 , 则各个基团分子间的作用力是一个定值 , 它不会随着反应时间的变化而变化 ) 。 第 1/3 页　首页　下页　尾页 中国艺术涂料网“转载文章，请注明：文章来源中国艺术涂料网”