[发明专利]一种聚烯烃微观结构的预测方法

说明书

本发明公开了一种聚烯烃微观结构的预测方法，针对乙烯聚合过程，以短支链分布与分子量分布同时作为聚乙烯的微观质量指标。该方法采用矩方法与瞬时分布方法分别计算聚烯烃的平均分子量、平均共单体含量和分子量分布、短支链分布。本发明的方法适用于多种聚烯烃生产过程，可采用间歇、半连续或连续的操作方式。与传统模拟技术相比，本方法有益之处在于可以实现聚合物短支链分布的预测，可应用于聚合过程的控制、优化以及新产品的设计、开发。

技术领域

本发明属于聚合过程的建模与模拟技术领域，涉及一种聚烯烃微观结构的预测方法，特别涉及一种聚乙烯短支链分布的预测方法。

背景技术

聚烯烃工业生产中常以熔融指数与密度作为产品的质量指标，但是这两者均是非常宏观的性质，仅反映聚合物的平均分子量和共单体的平均含量。具有相同熔融指数和密度的产品，微观分子结构却可能相去甚远，其机械性能和加工性能也相差巨大。原因在于聚烯烃具有复杂的链结构如分子量分布、短支链分布，以及共聚组成分布、序列分布等精细结构。恰是这些微观结构对聚烯烃的最终使用性能以及加工性能起着决定性的作用。以高密度聚乙烯管材为例，它的加工性能和耐慢速裂纹增长性能取决于分子量分布与短支链分布。因此，开发、生产聚烯烃新材料尤其是高端牌号、专用料，需要对其链结构进行严格的控制。然而，聚烯烃的分子量分布等链结构无法在线检测，这给聚合物产品质量的实时控制带来了挑战。采用先进的过程建模与模拟技术对工业聚合装置进行严格的数学描述，对分子量分布等链结构作出准确预测，是实现聚烯烃微观结构软测量的重要手段。

中国专利CN 201310659270、CN 201310658747、CN201310658947、CN201310659245、CN201310659327、CN201310658680、CN201410128990针对熔融指数进行计算。美国专利US 5687090公开了一种计算聚合物平均性质如平均分子量、平均共单体含量的方法。对聚合物的平均分子量、熔融指数、密度等作出预测，可以给工业生产中牌号的确定以及产品宏观质量的控制带来一定的帮助，但无法全面了解聚烯烃的链结构信息，从而无法控制最终产品性能。美国专利US 6093211描述了能预测聚合物分子结构诸如分子量及其分布、共聚组成及其分布的建模方法，并建立了相关模拟器。但该方法局限于无法对短支链分布作出预测。

上述文献与专利仅针对聚烯烃的平均分子量、多分散指数、分子量分布等进行预测，没有涉及短支链分布的计算。实际上，短支链分布是高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯极为重要的一类链结构，对应用于高性能结构材料领域如高等级聚乙烯燃气用管材料的长期使用性能具有决定性的影响。通过对工业连续聚合装置进行数学建模，实现聚乙烯短支链分布的准确预测，可为烯烃聚合过程的先进控制、优化以及高性能新牌号产品的开发提供新技术，从而提高工厂的经济效益。

本发明针对乙烯聚合过程，提出以聚乙烯短支链分布为预测目标的过程建模与模拟方法，为聚烯烃工业产品质量的控制以及最终使用性能的剪裁提供新手段。

发明内容

本发明的目的是，针对乙烯聚合过程，克服现有模拟技术以及常规商业软件仅针对熔融指数、密度、分子量分布进行预测，不能反映聚乙烯的一类重要链结构——短支链分布的不足，提供一种聚乙烯短支链分布的预测方法。

本发明的技术方案如下：

一种聚烯烃微观结构的预测方法，包括如下步骤：

步骤1：建立烯烃聚合过程的数学模型，包括：

1)确定聚合反应器的形式、操作方法及条件；