二氧化碳—水—聚苯乙烯三元体系的相平衡研究

发布时间：2017-07-27 09:00

  本文关键词：二氧化碳—水—聚苯乙烯三元体系的相平衡研究

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【摘要】：发泡剂在聚合物中的溶解度及聚合物溶解气体后的膨胀是影响聚合物发泡材料特微泡孔结构与性质的重要因素。本文主要研究了CO2、H2O发泡剂在聚苯乙烯(PS)中的溶解平衡,通过建立相应的理论模型,预测二元或三元体系的气液平衡,分析纯的CO2、H2O及其混合物在PS中的溶解行为及影响因素、PS在不同溶解度下的膨胀系数。主要研究内容包括：以密度泛函理论模型为基本框架,用非均相理论同时确定体系均相平衡性质和非均相界面性质,并通过相平衡,同时确定纯的或混合发泡剂在PS中的溶解度和PS的膨胀系数。模型构建过程为：基于改进的基本度量理论构建硬球排斥作用的Helmholtz自由能泛函；应用积分方程理论求解不同作用(色散、静电)的直接相关函数,构建吸引作用的自由能泛函表达；通过类比于Rosenfeld构建硬球密度的方法获得参考流体的空穴相关函数,并利用该函数构建PS的成链作用的自由能密度泛函。预测了CO2-PS和H2O-PS这两个二元体系的相平衡、界面密度分布,由相平衡可分别确定CO2和H2O在不同压力下在PS中的溶解度、PS的膨胀系数,经与相应的实验数据比较可知,理论预测值的平均偏差小于5%,预测结果可靠。建立了用非均相理论计算三元体系相平衡的基本方法,通过对比简单的烷烃三元体系的实验值可知,本文所提出的非均相模型三元体系相平衡计算方法预测精度小于5%,表明该方法可用于分析和预测三元体系的相平衡。研究了CO2(1)-H2O(2)-PS(3)体系的相平衡,分析了CO2和H2O形成的混合发泡剂在PS中的溶解度,重点讨论了有H2O存在条件下对CO2溶解性能的促进作用,及由此导致的界面密度的变化。在此基础上,评估了PS的膨胀系数,分析了H2O存在对PS膨胀性质的影响,为混合发泡剂用于聚合物发泡提供了重要的物性参数计算及分析方法。
【关键词】：二氧化碳 水 聚苯乙烯 密度泛函理论 相平衡
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O642.42
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-31
• 1.1 前言15-16
• 1.2 计算相平衡理论模型16-29
• 1.2.1 理论的发展16-17
• 1.2.2 统计缔和流体理论模型17-20
• 1.2.3 积分方程理论20-22
• 1.2.4 密度泛函理论模型22-29
• 1.3 本文的主要研究内容29-31
• 第二章 二元混合物的相平衡31-51
• 2.1 前言31
• 2.2 模型建立及计算过程31-38
• 2.2.1 理论模型32-35
• 2.2.2 径向分布函数35-37
• 2.2.3 密度剖面37-38
• 2.3 结果与讨论38-49
• 2.3.1 力场参数的选取38-43
• 2.3.2 二元体系的相平衡43-45
• 2.3.3 聚苯乙烯的膨胀系数45-47
• 2.3.4 二元体系的界面密度分布47-49
• 2.4 本章小结49-51
• 第三章 三元混合物的相平衡51-61
• 3.1 前言51
• 3.2 三元混合物的理论模型51-53
• 3.2.1 模型构建的构建51-52
• 3.2.2 三元混合物中相平衡的计算方法52-53
• 3.3 结果与讨论53-59
• 3.3.1 三元体系的相平衡53-57
• 3.3.2 三元体系的界面密度分布57-59
• 3.4 本章小结59-61
• 第四章 二氧化碳-水-聚苯乙烯的相平衡61-71
• 4.1 前言61-62
• 4.2 结果与讨论62-69
• 4.2.1 二氧化碳-水-聚苯乙烯相平衡62-68
• 4.2.2 二氧化碳-水-聚苯乙烯密度剖面图68-69
• 4.3 本章小结69-71
• 第五章 结论71-73
• 参考文献73-79
• 致谢79-81
• 作者简介81-83
• 导师简介83-85
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书85-86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 赵良知;陈志远;;黏度对水发泡聚苯乙烯发泡性能的影响[J];塑料科技;2010年08期

2 施小庆;赵良知;;挤出水发泡聚苯乙烯及影响因素[J];高分子材料科学与工程;2010年07期

3 吴晓丹;彭玉成;蔡业彬;;超临界二氧化碳/聚苯乙烯挤出发泡的单相溶液[J];华南理工大学学报(自然科学版);2007年04期

4 叶贞成;张书令;蔡钧;刘洪来;胡英;;硬球链流体在平板和硬球表面分布的密度泛函理论[J];高校化学工程学报;2006年01期

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本文编号：580597