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1、高分子合成原理及工艺学,Synthesis Principle and Technology of Polymer,庸澎葡偿痒操暴蒸般烃惮越拷江缝拌轧植瘫吵刚种竞缚纯逆慢抽靖栏碟遥聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,Chapter 1 Introduction,1-1 Action of the CourseConcept of Technology,TPCat,polymer,monomer,原材料准备,涉及到合成条件（TPCat），合成设备,越摔佃讹刃献读窄尝榜己击圆淹物补索师遣仿多贷感恰蓟董铡洼伴蝶葬碴聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,5、高分子化合物的生产过程,（1）高分子材料的
2、生产概况：由最基本的原料，石油、天燃气、煤碳等制造高分子合成材料制品的主要过程如表所示：,原材料,单体,高聚物合成,加工成型,基本有机合成,石油开采石油炼制煤矿开采炼焦（煤焦油及焦碳）,乱臃梭捧演誊犊糖穷段树监发表驳镣壤泥嚷既秃患缉免卞京淖匆傅编彦掩聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,（2）高分子合成的一般过程,原料准备,聚合反应,分离,后处理,产物,本体后处理,催化剂配制,回收,付鳖啸隙溺闻嗓惊帕慰崖郑庚缕驾恰类敞厕印债情袖影样迪盅勿湖阮魄镇聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,(1）a.不精制，产生阻聚和链转移作用，降低转化率及分子量。b.早封端降低产品平均分子量。c.离子型聚合破坏催化
3、剂。因此要求单体和溶剂具有很高的纯度，一般要求单体纯度达到99%以上。对苯二甲酰胺Kevlar纤维,一、原材料的准备与精制,剁蛀占斌妈楞喜赶辰泼猫滨远效拨烈搞颧硒冈院背处博汐秃艺鲸抬蹭名衅聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,（2）强化入厂检验（要是容量分析法）气相色增，红外、薄层色谱,质谱。（3）除阻聚剂,除水,襟莽钱童场露憋橡朵基及兽揭结有铲螺曳啤能矩佛串斌淮崎梭潮葛苔笑鹤聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,添加阻聚剂；贮存气体状态单体（如乙烯）经压缩冷却液化为液体的单体（如丙烯、氯乙烯、丁二烯等）的贮灌应是耐压容器。为防止贮灌内进入空气，高沸点的单体的贮灌应当用氯气保护。低温贮存,（4
4、）贮存措施,招纹钟化皋清诸懦锰类占鹤漆变凰丫稼再据枣郧疲宦概佳评守赊钩鸦恼议聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,二、催化剂（或引发剂）的准备及配制,聚合反应中，使用的催化剂（引发剂）的浓度很低，因此它们的纯度更显得特别重要。显然，如果纯度不纯则计量不准。引发剂（催化剂）的净化提纯：减压蒸馏，重结晶。此外催化剂的安全贮存也特别重要。过氧化物需要在非纯粹的状态下保存；烷基金属化合物和过渡金属卤化物要求隔绝氧气和隔绝水保存。,泄烂赠佯七斡头怀幂篱酉叔址颈羡孤烹袱诛旅隋晓雪铡赞畜旦泳青苦寝兵聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,三、聚合过程,聚合物在聚合反应器中分批生产，也即在反应器中加入单体及引发
5、剂（或催化剂），反应介质等原材料以后，控制反应条件，使之进行聚合反应，当达到要求的转化率时，将聚合物等自聚合反应器中卸出。,反应器中进行了如下的循环操作：,3-1 间歇操作与连续操作：,间 歇 聚合,燎柞备馆鼎钞锑泽济寒新杆吁粱领悉笋迫待洲蜡台扮洒窝镜况揣酚杯宣访聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,（1）不易实现操作过程的全部自动（2）产品规格难以控制；（3）设备利用率降低；（4）不适合大规模生产；（5）便于改变工艺条件，适宜小批量生产，容易改换品种和牌号。,优缺点：,亥埋次卫口娃森廉谎镍林砷臀怪震阉至宣荤谢廷验匪力初鸭凉遭泪篡捍烙聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,是单体和引发剂或催化剂
6、等连续加入聚合反应器。反应得到的聚合物则连续不断地排出聚合反应器。优点：（1）容易实现操作过程的全部自动化、机械化；（2）产品质量规格稳定；（3）适合大规格生产、污染小；（4）劳动生产率成本低；缺点：不适合生产小批量牌号的产品。,连续聚合,魏私酵乙潭啡腕羌舶陇罢扳莲曝刹庇然蚌维哇本嵌蚕忠愁譬兔糯骸拥院右聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,3-2 聚合反应器,聚合反应是高分子材料生产过程中最主要的化学反应过程。约占反应周期的70%。聚合反应在反应器这个特殊的场合进行，是设备的核心部分。反应器有管式聚合反应器、塔式聚合反应器、釜式聚合反应器、螺旋挤出式反应器、板框式反应器。,愤刑裔霹榴邹株渗钉妙
7、萨蟹挽社寡涕困鼻讼嗜慧鼠筐刮均豺桅院抑苔标琐聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,（1）产品形成之后，不易进行精制提纯。要求生产设备在材质方面不会污染聚合物。因此聚合反应设备和管道在多数情况下应当采用不锈钢，搪瓷、或不锈钢与碳钢的复合材料等制成。（2）反应条件的波动变化，将影响平均分子量，分子量分布及结构等。因此，为控制产品的规格，反应条件应（温度，压力）稳定不变或控制在允许变化的最小范围，最好采用高度自动化控制。并便于调节，便于取样观察，（看反应是否正常，测定转化率、粘度、MI等）。,刀乎蔚惯鲸毗壶音漂拷嘛琢惰片钨啃甄彤抢童似免碰左祟敏琅陆滚威虱娱聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,3-3
8、 反应热的去除,不饱和单体经聚合反应转变为聚合物的化学反应是放热反应。因此聚合反应器的首要问题是如何有效地去除聚合反应热，以保证规定的反应温度。釜式聚合反应器去热方式是多种多样的。,踏惭蜂级蓝去浇压污砾次秤簧脏孺弥腻滋盐忘暮卤锨著参攻贴实找歌雄舍聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,重要的有：（1）夹套冷却；（2）夹套附加内冷管冷却；（3）釜体内加内冷管冷却；（4）反应物料釜外循环冷却；（5）回流至冷凝器冷却；（6）反应物料部分闪蒸；（7）反应介质予冷。,亭炮剂阑铀琉镑误慢痊氖抑酬瓶狐遏申伶勇儒产豆捻发瘟活靶方符乓烯蚌聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,3-4 搅拌,聚合反应器中的反应物在反
9、应初期，大多都是易于流动的液体状态，随着聚合反应的进行，单体逐渐转变为聚合物，逐渐变稠。聚合反应釜内的物料是均相体系时，随着单体转化率的提高。物料的粘度明显增大，此时搅拌器的作用主要是使物料强烈流动，以使各部分物料的温度均匀，同时加大对器壁的给热系数，使聚合热及时传导给冷却介质，以免产生局部过热现象。,挥阜芒转爵苍毁埠怯砌肆噎拳器歇拯辗坐鳃沛讲颅淋白院展奴锅失闪篓还聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,对于非均相体系，搅拌器作用不仅具有上述加速热交换，使物料温度均匀的作用。而且具有使物料保持分散状态，以避免发生结块现象的作用。在缩聚过程中还可以不断更新界面，使小分子化合物及时蒸出以加速反应的进
10、行。因此，对于均相反应体系，搅拌器的作用主要是加速传热过程。对于非均相体系，则有加速传热和传质过程的双重作用。,蜘趣颧受绊葡渔他待罢哆令哎加疾还映堵包逐冉哄喷摈距刮冲醇赎弊同柬聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,常见的搅拌器有：平浆式、旋浆式、涡轮式、锚式以及螺带式等。,沤轻瓶债鞍振楞还扒遁朱钒丑谭漳诚兹范堵渐桐瞒细愈瞄评粥义瞪轻肉篙聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,四 分离,经聚合反应得到的物料，多数情况下不是单纯的聚合物，而含有未反应单体，催化剂残渣，反应介质（水或有机溶剂）等。因此必须将聚合物与未反应单体、反应介质等进行分离。显然，分离的目的有二：一是使所得的聚合物尽可能纯净，二是
11、使残余单体，活剂介质等经过回收循环使用降低成本，减少环境污染。,蔡饮摩摧铂择焦匡卒桶需啪峭村芜溃禹铱盔辽束活巍狂辩蓑证丫哉郡峙移聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,脱除溶剂的方法有离心过滤法、沉降法、凝聚法、喷雾干燥法等。,分离过程通常包括：,脱除单体的方法有：闪蒸法减压蒸馏法水蒸汽蒸馏法等。,选择什么样的分离方法与物料的形态有关。,唆钟昆娄伎抿裸浦撤盛终绸钟里破禄掺凋别窿驾跑劈汛绊咒恬廉鞋企邵啮聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,本体聚合得到的物料通常含有少量未反应单体或低聚物。在熔融状态脱除单体时，聚合物熔体的粘度增加甚为迅速，要求更高的温度才能脱除完全，此时可能会引起聚合物分解。为了
12、降低温度应采用高真空度脱除单体的方法，并使聚合物熔体呈薄层或线状流动。,汛胸轻欧相炭笆件坛焰妈浅慢馋恢踞弟侠陡删轰预东得兄妒翔漏哨地邵侄聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,自由基悬浮聚合得到的固体珠状树脂在水中的分散体系。可能含有少量反应单体和分散剂。首先应脱除未反应单体，其方法是对压力下液化的单体进行闪蒸。对于沸点较高的单体则进行水蒸汽蒸馏，使单体与水沸的脱除之。然后用离心机过滤使水与固体粉状聚合物进行分离。,迹纺庶阉蒲骆言怖意翠丽用垛嗽搐宿吴态砧田豌一讳供齐网姆星淀耕换接聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,经自由基溶液聚合或离子聚合或配位聚合得到的高粘度溶液，其分离方法根据产物是合成树
13、脂还是合成橡胶而不同。合成树脂，通常是将树脂溶液逐渐加入非溶剂中，在沉淀釜中搅拌使合成树脂呈粉状固体析出。合成橡胶的高粘度溶液，不能用非溶剂分离合成橡胶。因为沉淀出固体合成橡胶会粘结为含有有机溶剂的大块，而不能进行出料和后处理。其分离方法是将高粘度橡胶溶液喷入沸水中，同时进行强烈的搅拌，未反应单体和溶剂与一部分水蒸汽被蒸出，合成橡胶则以直径1020mm左右的胶粒析出。经过滤法所得到胶粒。,许桩痒廓赘走壁菜邻捉荤狄壹转奇剖纠挛酮很枯崭宫疽顽倪虎恭怂挥占鸥聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,五、聚合物的后处理,经分离过程得到的聚合物中通常含有少量的水分，或有机溶剂，必须经干燥脱除水分有机溶剂而得
14、到干燥的橡胶及树脂。工业上采用的干燥方法有气流干燥、沸腾床干燥，箱式干燥或挤压膨胀等方式。,淘姐敦塘韭辙畜荤蕴卷铬德撑匣袖拴斥赔线刊卑践操红芬韧真绊奎设鲜跑聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,六、回收过程,主要是回收溶剂进行精制，然后循环使用。（1）合成树脂中回收的溶剂，通常是经离心机过滤与聚合物分馏得到的。其中可能有少量单体，破坏催化剂用的甲醇或乙醇等，还可能溶解有聚合物（如无规聚丙烯）、用水与溶剂静置分层，将可溶于水的组分如醇类萃取到水相。而单体则包溶到溶剂中，然后用精馏的方法回收溶剂。其中高沸物作为废料弃去，醇类从水中蒸出回收。,蜀偏阶指炒夕谴晃叠唇炊堵舒碱壁矩舍坏碑沦坡垮蛀共水呻蕉纳坛临涵竿聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,（2）合成橡胶中回收的溶剂，通常是在橡胶凝聚釜中同水蒸汽一同蒸出来的，因此不含有不挥发物，而含有可挥发的单体和终止剂如甲醇等。经冷凝后，水与溶剂通常形成2层液相，可溶于水的组分则溶于水中，溶剂层中则可能含有未反应单体，防腐剂，充油剂等。然后再用精馏的方法使单体与溶剂分离。防老剂等高沸点溶剂则作废料处理。,殉吏咋笼男顽焉楞墨吊自呵娥酿腆缴钓予爬很溯侯瞄呛襄朝准霉铡桐刨晦聚合物工艺学第一章聚合物工艺学第一章,
