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基本信息

項(xiàng)目名稱：
高分子合成——二元共聚預(yù)測系統(tǒng)
小類：
能源化工
簡介：
“高分子合成——二元共聚預(yù)測系統(tǒng)”是本科生研發(fā)團(tuán)隊(duì)獨(dú)立完成的一項(xiàng)原創(chuàng)性科技發(fā)明。作品基于物理化學(xué)理論對高分子合成工業(yè)中半經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了修正，并得到大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。研究成果對化學(xué)工業(yè)中高分子合成產(chǎn)業(yè)具有顯著的理論指導(dǎo)意義，應(yīng)用前景廣闊（李鶴林院士）。 共聚物性能優(yōu)越，在其研究和生產(chǎn)中共聚物的組成是關(guān)鍵，而競聚率的計(jì)算測量是難點(diǎn)。共聚物研發(fā)生產(chǎn)中存在競聚率測算手段繁瑣、工作量大、費(fèi)用高和共聚行為預(yù)測難等諸多問題，為此作者開發(fā)了“高分子合成——二元共聚預(yù)測系統(tǒng)”。 “高分子合成——二元共聚預(yù)測系統(tǒng)”研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過對與共聚相關(guān)的數(shù)據(jù)的搜集、翻譯、整理，建立了完善的共聚數(shù)據(jù)庫，并編寫了《高分子合成——二元共聚數(shù)據(jù)手冊》（已與西安交通大學(xué)出版社簽訂了圖書約稿合同）。建立了國內(nèi)外第一個(gè)共聚數(shù)據(jù)庫，編寫了國內(nèi)第一本共聚反應(yīng)數(shù)據(jù)手冊，解決了共聚研究生產(chǎn)領(lǐng)域數(shù)據(jù)查詢困難的問題。數(shù)據(jù)庫涵蓋近300種單體的共軛效應(yīng)Q值、極性e值、溶解性、結(jié)構(gòu)式等物性，有2000多組競聚率科技文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)值，可對近4萬組單體組合的共聚行為進(jìn)行預(yù)測和分析。 “高分子合成——二元共聚預(yù)測系統(tǒng)”研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過對共聚理論的研究和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合，引入修正因子C對Q-e關(guān)聯(lián)式進(jìn)行修正，建立新的競聚率估算模型—C模型，并從聚合機(jī)理上對修正因子C進(jìn)行了解釋。C模型首次提出了二元共聚競聚率估算的全面修正，提高了競聚率估算的可靠性，開創(chuàng)了競聚率估算領(lǐng)域的空白。 “高分子合成——二元共聚預(yù)測系統(tǒng)”研發(fā)團(tuán)隊(duì)在C模型的基礎(chǔ)上，對共聚體系進(jìn)行研究，開發(fā)了具有全面分析預(yù)測功能的二元共聚預(yù)測軟件，完成與共聚體系的預(yù)測。軟件可給出科技文獻(xiàn)已有實(shí)驗(yàn)值、傳統(tǒng)Q-e式估算值、新估算模型—C模型修正值三種競聚率，繪制共聚組成曲線，計(jì)算投料比，預(yù)測共聚反應(yīng)類型，推薦溶劑、引發(fā)劑、聚合方法和工業(yè)化產(chǎn)品，生成分析報(bào)告，可進(jìn)行一對單體共聚行為分析和兩對單體共聚的比較。軟件功能全面，實(shí)用價(jià)值大。軟件已提出著作權(quán)申請，并與中海煉化惠州煉油分公司和山東朝陽塑業(yè)有限公司簽訂了使用意向書。 “高分子合成——二元共聚預(yù)測系統(tǒng)”無論是在共聚理論研究領(lǐng)域還是在實(shí)際生產(chǎn)研發(fā)領(lǐng)域都將發(fā)揮重要的作用。
詳細(xì)介紹：
一、“高分子合成——二元共聚預(yù)測系統(tǒng)”開發(fā)原因及意義 1.1共聚物的優(yōu)越性 材料是21世紀(jì)的三大支柱產(chǎn)業(yè)之一，由于金屬礦產(chǎn)資源匱乏，高分子合成材料的應(yīng)用越來越廣泛，地位也越來越重要。高分子材料不僅具有重量輕、耐腐蝕和電絕緣等許多優(yōu)良性能，而且具有可塑性好、易加工成型、原料豐富、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，可以制成各種工業(yè)和生活用品。 然而高分子材料中均聚物的種類有限，品種不多，各種性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足日益增長的現(xiàn)實(shí)需求。通過共聚不僅可以擴(kuò)展聚合物品種，將一些難以均聚的單體用于共聚，還可以改進(jìn)聚合物的各種性能。 1.2競聚率估算及建立新估算模型的必要性 共聚反應(yīng)中共聚物的組成是首要問題，而競聚率的計(jì)算測量是難點(diǎn)。競聚率是共聚體系的決定性指標(biāo)，有了競聚率才能得出共聚物的組成，進(jìn)而推測其性能。然而競聚率的全面測定是一項(xiàng)巨大的工程。如果有100種單體就有4950組競聚率，何況單體數(shù)目遠(yuǎn)多于100種。全面實(shí)驗(yàn)測定競聚率的數(shù)值，將不勝其煩。通常進(jìn)行高分子合成試驗(yàn)之前，需要先對共聚體系進(jìn)行估算和預(yù)測，以進(jìn)行適當(dāng)選擇，減輕實(shí)驗(yàn)工作量，提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性。借助于目前發(fā)達(dá)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算功能，對共聚體系進(jìn)行評估，將是很有前途的發(fā)展方向和趨勢。 目前，競聚率估算通用的是Alfrey-Price的Q-e關(guān)聯(lián)式。由于當(dāng)時(shí)數(shù)據(jù)處理技術(shù)條件的限制，Q-e關(guān)聯(lián)式僅僅考慮了單體的共軛效應(yīng)和極性效應(yīng)，而忽略了單體的位阻效應(yīng)，在很大范圍內(nèi)存在誤差，可靠性差。所以，亟需研究建立一種新的競聚率估算模型，解決競聚率估算中存在的問題。 1.3相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀 由于全面研究單體的共聚行為存在數(shù)據(jù)量大且不完整、數(shù)據(jù)修正困難等問題，目前絕大多數(shù)研究都只針對一組或幾組單體進(jìn)行，建立其競聚率和單體的性質(zhì)之間的聯(lián)系，并采取模擬對數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。目前，還沒有人從事所有單體共聚競聚率估算的研究。 目前，國內(nèi)外都沒有共聚預(yù)測方面的應(yīng)用軟件，國內(nèi)甚至沒有一個(gè)比較完善的數(shù)據(jù)庫。因此，在這方面的研究的空白是亟待填補(bǔ)的，相關(guān)領(lǐng)域的研究成果將會(huì)對推動(dòng)共聚理論的發(fā)展發(fā)揮重要作用。 因此，二元共聚數(shù)據(jù)手冊和數(shù)據(jù)庫的建立和預(yù)測軟件的開發(fā)具有理論研究和實(shí)際應(yīng)用的雙重意義。 二、“高分子合成——二元共聚預(yù)測系統(tǒng)”介紹 2.1 完善的數(shù)據(jù)體系 鑒于共聚數(shù)據(jù)查詢困難的問題“高分子合成——二元共聚預(yù)測系統(tǒng)”研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了長期的相關(guān)數(shù)據(jù)的搜集、翻譯、整理和分析工作，建立了國內(nèi)外第一個(gè)共聚數(shù)據(jù)庫（數(shù)據(jù)庫涵蓋近300種單體的共軛效應(yīng)Q值、極性e值、溶解性、結(jié)構(gòu)式等物性，有2000多組競聚率科技文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)值，可對近4萬組單體組合的共聚行為進(jìn)行預(yù)測和分析）。以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的《高分子合成——二元共聚數(shù)據(jù)手冊》將成為國內(nèi)第一本共聚反應(yīng)數(shù)據(jù)手冊?！案叻肿雍铣伞簿垲A(yù)測系統(tǒng)”徹底解決了共聚研究生產(chǎn)領(lǐng)域數(shù)據(jù)查詢困難的問題。 2.2 C模型的建立 “高分子合成——二元共聚預(yù)測系統(tǒng)”研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過對共聚理論的研究和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合，引入修正因子C對Q-e關(guān)聯(lián)式進(jìn)行修正，建立新的競聚率估算模型—C模型，并從聚合機(jī)理上對修正因子C進(jìn)行了解釋。C模型首次提出了二元共聚競聚率估算的全面修正，提高了競聚率估算的可靠性，開創(chuàng)了競聚率估算領(lǐng)域的空白。 C為考慮取代基結(jié)構(gòu)后對競聚率的修正因子。我們運(yùn)用全新的數(shù)據(jù)處理方法，進(jìn)行共聚組成曲線的誤差積分，確定修正因子C值，解決了長期存在的競聚率估算中數(shù)據(jù)擬合困難的問題。通過計(jì)算機(jī)程序比較加入修正因子C后的修正值與原Q-e關(guān)聯(lián)式計(jì)算值，得出以下結(jié)論：（1）用修正公式計(jì)算出來的競聚率51.94%比Q-e關(guān)聯(lián)式計(jì)算出來的競聚率更接近實(shí)驗(yàn)值；（2）修正公式的競聚率計(jì)算值中83.31%比Q-e計(jì)算值更接近實(shí)驗(yàn)值或者與原來的Q-e計(jì)算值相差不多。 通過研究，可以得出：(1)修正因子C能夠在一定程度上表征取代基對單體活性的影響，引入修正因子C具有理論和實(shí)際修正意義；（2）由于通過C模型修正公式計(jì)算出來的競聚率更能符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)，修正公式比原Q-e關(guān)聯(lián)式更加精確，更能在各個(gè)方面表征基團(tuán)對競聚率的貢獻(xiàn)；（3）C模型在理論上和實(shí)踐中具有比Q-e關(guān)聯(lián)式更大的意義。 2.3預(yù)測軟件應(yīng)用范圍廣、功能完善 “高分子合成——二元共聚預(yù)測系統(tǒng)”研發(fā)團(tuán)隊(duì)在C模型的基礎(chǔ)上，對整個(gè)共聚體系進(jìn)行研究，開發(fā)了具有全面分析預(yù)測功能的二元共聚預(yù)測軟件。軟件具有以下功能。 （1）查詢單體物性； （2）查詢科技文獻(xiàn)已有競聚率實(shí)驗(yàn)值、得出傳統(tǒng)Q-e式估算值、計(jì)算出C模型修正的競聚率； （3）繪制共聚組成曲線，并進(jìn)行投料比計(jì)算； （4）預(yù)測共聚反應(yīng)類型，推薦溶劑、引發(fā)劑、聚合方法和工業(yè)化產(chǎn)品； （5）生成完整分析報(bào)告，對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行保存； （6）可進(jìn)行一對單體共聚行為分析，也可進(jìn)行兩對單體共聚行為的比較。 預(yù)測軟件功能全面，實(shí)用價(jià)值大。已經(jīng)申請著作權(quán)，并與中海煉化惠州煉油分公司和山東朝陽塑業(yè)有限公司簽訂了使用意向書。

作品圖片

  • 高分子合成——二元共聚預(yù)測系統(tǒng)
  • 高分子合成——二元共聚預(yù)測系統(tǒng)

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計(jì)目的和思路： 1.估算競聚率，減輕競聚率實(shí)驗(yàn)測定的工作量，降低共聚物產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)的成本。 2.引入修正因子C對Q-e關(guān)聯(lián)式進(jìn)行修正，建立更可靠的競聚率估算模型。完成共聚反應(yīng)核心問題競聚率的分析預(yù)測，繪制共聚組成曲線并進(jìn)行投料比計(jì)算。 3.建立全面的單體物性數(shù)據(jù)庫，開發(fā)預(yù)測軟件，將C模型與實(shí)際應(yīng)用的其他方面相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)二元共聚體系的預(yù)測，指導(dǎo)共聚物的研發(fā)和實(shí)際生產(chǎn)。 4.通過軟件查詢和《高分子合成——二元共聚數(shù)據(jù)手冊》，解決數(shù)據(jù)查詢困難的問題。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1.引入修正因子C，對半經(jīng)驗(yàn)Q-e關(guān)聯(lián)式進(jìn)行修正，建立了二元共聚競聚率估算模型—C模型，解決了競聚率估算可靠性差的問題。 2.運(yùn)用全新的數(shù)據(jù)處理方法，對共聚組成曲線進(jìn)行誤差積分，確定修正因子C值，解決了競聚率估算中長期存在的數(shù)據(jù)擬合困難的問題。 3.預(yù)測軟件在國內(nèi)外都是獨(dú)一無二的，填補(bǔ)了二元共聚預(yù)測領(lǐng)域的空白。 4. 《高分子合成——二元共聚數(shù)據(jù)手冊》出版后將成為國內(nèi)第一本共聚數(shù)據(jù)手冊。 5.軟件功能完善，解決了目前其他產(chǎn)品和模型只能分析單一物質(zhì)或功能單一的弊端。適用于目前報(bào)道的所有二元共聚體系，可對近4萬對單體的共聚行為進(jìn)行預(yù)測和分析。 技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)：引入每種單體的修正因子C，建立競聚率估算的新模型—C模型。

科學(xué)性、先進(jìn)性

“高分子合成——二元共聚預(yù)測系統(tǒng)”是本科生研發(fā)團(tuán)隊(duì)獨(dú)立完成的一項(xiàng)原創(chuàng)性科技發(fā)明?！白髌坊谖锢砘瘜W(xué)理論對高分子合成工業(yè)中半經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了修正，并得到大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。研究成果對化學(xué)工業(yè)中高分子合成產(chǎn)業(yè)具有顯著的理論指導(dǎo)意義，應(yīng)用前景廣闊。”（李鶴林院士） 作品基于阿累尼烏斯方程 ，引入修正因子C，對傳統(tǒng)的半經(jīng)驗(yàn)Q-e關(guān)聯(lián)式進(jìn)行修正，建立了新的二元共聚競聚率估算模型—C模型，解決了競聚率估算可靠性差的問題。與公認(rèn)的經(jīng)驗(yàn)Q-e關(guān)聯(lián)式相比，用新的競聚率修正值繪制的共聚組成曲線與實(shí)驗(yàn)值吻合得更好。其中83.31%的修正數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)值吻合較好；相較于Q-e關(guān)聯(lián)式，51.94%的修正數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)值的吻合程度更高。 二元共聚競聚率估算模型—C模型、“高分子合成——二元共聚預(yù)測系統(tǒng)”軟件和《高分子合成——二元共聚數(shù)據(jù)手冊》的科學(xué)性和先進(jìn)性受到了相關(guān)領(lǐng)域的院士、教授、研究所、教研室和生產(chǎn)廠家的高度評價(jià)。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

1.榮獲本?！疤魬?zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎(jiǎng)。 2.中海煉化惠州煉油分公司和山東朝陽塑業(yè)有限公司充分肯定了作品的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，簽訂了使用意向書。 3.與西安交通大學(xué)出版社簽訂了《高分子合成——二元共聚數(shù)據(jù)手冊》約稿合同。 4.“高分子合成——二元共聚預(yù)測系統(tǒng)”提出著作權(quán)申請。

作品所處階段

公司試用軟件，數(shù)據(jù)手冊出版社約稿

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

有償轉(zhuǎn)讓

作品可展示的形式

實(shí)物、產(chǎn)品 現(xiàn)場演示 圖片 錄像

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

使用說明：綠色軟件，解壓后即可使用。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢： 1.預(yù)測軟件核心采用自主研發(fā)的競聚率估算模型-C模型,可靠性高. 2.數(shù)據(jù)庫中單體物性全面（可對近4萬組單體組合的共聚行為進(jìn)行預(yù)測和分析），且數(shù)據(jù)科學(xué)可靠，全部來自權(quán)威科技文獻(xiàn)。 3.《高分子合成——二元共聚手冊》是國內(nèi)第一本共聚數(shù)據(jù)手冊。 4.軟件功能全面，實(shí)用性強(qiáng)。可給出三種競聚率，繪制共聚組成曲線，計(jì)算投料比，預(yù)測共聚反應(yīng)類型，推薦溶劑、引發(fā)劑、聚合方法和工業(yè)化產(chǎn)品，生成分析報(bào)告，可進(jìn)行一對單體共聚行為分析和兩對單體共聚的比較。 適用范圍、推廣前景、市場分析和經(jīng)濟(jì)效益： 軟件和數(shù)據(jù)手冊可用于化學(xué)纖維、橡膠、塑料制品業(yè)中的產(chǎn)品研發(fā)、性能改進(jìn)、開發(fā)系列化產(chǎn)品和生產(chǎn)指導(dǎo)等方面。也可用于自由基共聚理論的理論研究和教學(xué)。 目前，我們的作品填補(bǔ)了相關(guān)領(lǐng)域的空白，有多家公司有意向使用“高分子合成——二元共聚預(yù)測系統(tǒng)”。我們已經(jīng)與中海煉化惠州煉油分公司和山東朝陽塑業(yè)有限公司簽訂了使用意向書。

同類課題研究水平概述

聚合物材料發(fā)展前景廣闊，共聚物的研究是其中的熱點(diǎn)問題。由于共聚反應(yīng)存在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)量大且不完整、數(shù)據(jù)修正困難等問題，絕大多數(shù)研究只針對一組或幾組單體的具體性質(zhì)進(jìn)行。目前，還沒有適用于已有報(bào)道的所有二元共聚體系的預(yù)測模型，國內(nèi)外也沒有共聚預(yù)測方面的應(yīng)用軟件，國內(nèi)甚至沒有一個(gè)比較完善的數(shù)據(jù)庫。因此，二元共聚數(shù)據(jù)手冊的編寫和數(shù)據(jù)庫的建立、預(yù)測軟件的開發(fā)填補(bǔ)了相關(guān)領(lǐng)域的空白。 1.估算競聚率的定性關(guān)聯(lián)式的研究 全面測定競聚率實(shí)驗(yàn)工作量巨大，為了估算競聚率，Alfrey-Price建立了最通用Q-e關(guān)聯(lián)式。然而該公式只考慮了共軛效應(yīng)和極性效應(yīng)，忽略了位阻效應(yīng)等對競聚率的影響，造成一定范圍內(nèi)的很大誤差。長期以來，由于數(shù)據(jù)修正困難等原因，未有人在公式修正方面深入研究。因此，亟需在公式中引入與位阻效應(yīng)及物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)的因子進(jìn)行修正。作品的理論模型很好的解決了這一問題。 2.共聚領(lǐng)域的其他應(yīng)用軟件 谷亞新等于2007年發(fā)表了《用VC++制作二元共聚物組成曲線的研究》, 但其功能局限在曲線的繪制上，沒有對競聚率進(jìn)行估算，物質(zhì)種類局限，缺少共聚體系其他方面的分析預(yù)測，適用范圍較窄?！案叻肿雍铣伞簿垲A(yù)測系統(tǒng)”功能全面，適用于目前報(bào)道的所有二元共聚體系，在高分子合成中具有廣闊的應(yīng)用前景。 3.測算競聚率的方法 目前，用于測定競聚率的方法有很多，有曲線擬合法、直線交叉法、JJ法、線性化法和改進(jìn)的曲線擬合法等方法。但這些方法很多都是以大量實(shí)驗(yàn)為前提，由繪制曲線來得到競聚率，過于繁瑣。運(yùn)用基于C模型的“高分子合成——二元共聚預(yù)測系統(tǒng)”卻能簡捷可靠地估算出競聚率，并提供詳細(xì)的單體物性，分析快捷方便。運(yùn)用預(yù)測系統(tǒng)大大降低了實(shí)驗(yàn)工作量和研發(fā)生產(chǎn)成本。
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