[发明专利]一种聚合反应动力学过程的蒙托卡罗分子模拟研究方法

摘要

本发明涉及一种聚合反应动力学过程的蒙托卡罗分子模拟研究方法，所述方法包括如下步骤：模拟聚合反应过程分为体系运动和聚合反应两部分。其中聚合反应部分，采用不同的反应概率控制引发、链增长、链转移、链终止等基元反应的发生几率。在体系运动部分，为实现模拟体系在聚合反应过程中组分单元的平衡分布状态，引入一个表征组分局部浓度和全局浓度差异的局部-全局浓度势差用于判断体系中各单元组分的浓度分布状态。控制单元粒子运动的蒙托卡罗能量判据包括化学键和非键两部分本发明简单、高效，避免了模拟体系在聚合反应过程中由于引发剂和单体消耗引起的体系组分单元浓度分布不均匀，比传统分子模拟方法更能真实反映实验体系动力学过程。

主权项

一种聚合反应动力学过程的蒙托卡罗分子模拟研究方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：(1)设定待模拟的聚合反应体系所有的基元反应和工艺过程，根据实验数据和经验设置模拟体系的引发剂、单体浓度，各种基元反应的类型和反应速率；(2)根据聚合反应条件建立研究模型，确定模拟体系的尺寸、引发剂和单体的粒子数、调控各基元反应的反应概率，设置引发剂和单体的加料方式、加料速率等具体模拟参数；设置体系中不同组分单元之间的相互作用力数值、蒙托卡罗判据阈值，计算体系组分单元全局平均浓度势，确立非键作用能方程中各参量的数值；(3)聚合反应的模拟步骤是：(a)根据(2)中设置的体系参数，给模拟体系的各个参量赋值，在确定尺寸的模拟体系中，均匀排列粗粒化的引发剂和单体粒子；(b)体系组分单元全局分散状态判断：计算体系中局部浓度势与全局平均浓度势差如果局域‑全局浓度势差高于某个阈值，进行运动尝试，直至局域‑全局浓度势差满足体系组分均匀分布状态要求，即体系全局分散状态符合模拟体系要求，才可以进行聚合反应；(c)运动和反应判断：通过随机数发生器，随机选择一个运动单元(引发剂、单体粒子或分子链上某个链节单元)和运动方向，判断运动方向和距离上是否有空格或粗粒化的体系粒子，如果有空格，则进行运动尝试；如果为粗粒化的体系粒子则进行如(e)所述的聚合反应判断；(d)运动尝试：根据运动和反应判断结果，计算运动前后的体系能量差以一个随机数进行蒙托卡罗能量判断；如果随机数大于蒙托卡罗能量阈值，体系不进行运动；如果随机数小于蒙托卡罗能量阈值，体系发生运动，选择的运动单元与空格交换位置；(e)聚合反应判断：如果选择的两种粒子具有反应可能，如一种为自由基另一为单体，则发生相应的聚合反应(f)；如果两种粒子均为无反应活性的粒子(未裂解的引发剂，分子链中的链节单元，发生终止反应的链端)则不能进行聚合反应；(f)聚合反应：两种可反应的组分单元在成键距离内，以反应概率进行判断是否可以发生反应；如反应概率允许，将两种粒子连接成链，聚合反应活性转移到链末端或者消失(两种链自由基的终止反应)；如反应概率不允许，则不进行聚合反应；(4)模拟结果统计方法：利用指针数组记录运动单元(引发剂、单体粒子或分子链上某个链节单元)和分子链的信息，经过一定次数的聚合反应后，统计体系中残余单体的数目，计算单体转化率；统计分子链的数目、每条分子链的链节单元数，计算分子量和分子量分布。