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聚碳酸酯(PC)是一种典型的热塑性高分子材料,其综合性能优异,应用广泛,具有良好的市场前景。虽然国外发达国家PC生产工艺的工业化早已成熟,但是国内尚无自主知识产权的生产技术,被几家外资企业所垄断。目前,PC工业生产主要采用界面缩聚光气法,即双酚A(BPA)和光气在有机相与水相的界面处进行缩聚反应。界面缩聚反应是合成PC的核心技术,本文重点研究了界面缩聚合成PC有机相与水相中的反应机理。 首先,研究了BPA在碱液中的电离及沉淀溶解平衡,根据有无固体可将BPA-NaOH-H2O体系分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ区,并根据物料守恒和电荷守恒建立了该体系的平衡模型,对给定BPA初始浓度(1.5mol/L)的BPA-NaOH-H2O体系进行模拟计算,得到了体系中各组分随加入NaOH量的分布情况,为研究该体系中各组分浓度的分布规律提供了理论依据。Ⅲ区光气水解最小,溶解的BPA量最多,并且加入的NaOH对pH值影响很小,相当于缓冲区,NaOH加入量的波动对反应影响不大,避免人为误差造成对反应结果的影响,在实际应用中反应基本都在该区进行。实验值与模拟值比较,基本相符。 其次,考虑到光气化反应生成的Cl-离子浓度以及水对体积的影响,建立了界面缩聚合成PC水相的反应平衡模型,详细描述了三乙胺作为界面缩聚合成聚碳酸酯相转移催化剂的作用机理,除起到催化剂的作用外,还可以起到相转移的作用。利用该模型对甘肃银光聚银化工有限公司聚碳酸酯中试进行了模拟计算,得到了不同时刻下各组分的浓度。研究了不同时刻的水解强度,并得出了水解最弱时的pH值与反应进度的关系,水解最弱时的pH值与反应进度ζ成反比,即随着反应的不断进行,水解最弱时的pH值不断减小。 最后,对聚碳酸酯有机相的反应机理进行了研究,聚碳酸酯的聚合过程是一个反应一传质串联过程,过程表观速率由反应速率和传质速率共同决定,在预聚阶段根据反应机理建立了苯酚作为分子量控制剂、三乙胺作为相转移催化时的反应动力学速率方程,结合矩速率方程,建立了界面缩聚合成聚碳酸酯有机相的动力学模型,并用四阶Runge-Kutta法对该动力学模型进行了模拟计算,同时,用表面更新模型描述了反应后期缩聚阶段的传质过程。