聚合物合成工艺学思考题

聚合物合成工艺学思考题1聚合反应釜中搅拌器的形式有哪些？适用范围如何？①常用搅拌器的形式有平桨式、旋桨式、涡轮式、锚式以及螺带式等；②涡轮式和旋桨式搅拌器适于低粘度流体的搅拌；平桨式和锚式搅拌器适于高粘度流体的搅拌；螺带式搅拌器具有刮反应器壁的作用，特别适用于粘度很高流动性差的合成橡胶溶液聚合反应釜的搅拌。

2简述合成树脂与合成橡胶生产过程的主要区别。

—合成橡胶生产中所用的聚合方法主要限于自由基聚合反应的乳液聚合法和离子与配位聚合反应的溶液聚合法两种。

而合成树脂的聚合方法则是多种的。

合成树脂与合成橡胶由于在性质上的不同，生产上的差别主要表现在分离过程和后处理过程差异很大：①分离过程的差异：合成树脂，通常是将合成树脂溶液逐渐加入第二种非溶剂中，而此溶剂和原来的溶剂是可以混溶的，在沉淀釜中搅拌则合成树脂呈粉状固体析出。

合成橡胶的高粘度溶液，不能用第二种溶剂以分离合成橡胶，其分离方法是将高粘度橡胶溶液喷入沸腾的热水中，同时进行强烈搅拌，未反应的单体和溶剂与一部分水蒸气被蒸出，合成橡胶则以直径10—20mm左右的橡胶析出，且悬浮于水中。

经过滤、洗涤得到胶粒。

②后处理过程的差异：合成树脂后处理方框图：干燥的粉状合成树脂包装粉状合成树脂商品潮湿的粉状粒状塑料均匀化干燥干燥的粉状合成树脂混炼造粒包装粒状塑料制品合成橡胶后处理方框图：潮湿的粒状合成橡胶干燥压块包装合成橡胶制品3、高分子合成工业的“三废”是如何产生的？怎样处理？什么是“爆炸极限”？①高分子合成工业所用的主要原料—单体和有机溶剂，许多是有毒的，甚至是剧毒物质。

由于回收上的损失或设备的泄漏会产生有害或有臭味的废气、粉尘污染空气和环境。

聚合物分离和洗涤排除的废水中可能有催化剂残渣、溶解的有机物质和混入的有机物质以及悬浮的固体微粒。

这些废水如果不经过处理排入河流中，将污染水质。

此外，生产设备中的结垢聚合物和某些副产物会形成残渣，因此高分子合成工业与其他化学工业相似，存在着废气、粉尘、废水和废渣等三废问题。

②对于三废的处理，首先在进行工厂设计时应当考虑将其消除在生产过程中，不得已时则考虑它的利用，尽可能减少三废的排放量。

必须进行排放时，应当了解三废中所含各种物质的种类和数量，有针对性地进行回收利用和处理，最后再排放到综合废水处理场所。

不能用清水冲淡废水的方法来降低废水中有害物质的浓度。

③一种可燃气体、可燃液体的蒸汽或有机固体和空气混合时，当达到一定的浓度范围，遇火花就会引起激烈爆炸。

可发生爆炸的浓度范围叫做爆炸极限。

4、简述乙烯在高聚物合成方面的重要性。

—乙烯可以合成各种单体，从而得到各种合成树脂与合成橡胶。

例如：CH2=CH2—聚乙烯CH2=CH2+CH3-CH=CH2—乙丙橡胶CH2=CH2+Cl2+O2—CH2Cl-CH2Cl—CH2=CHCl—聚氯乙烯CH2=CH2+CH3COOH+O2—CH2=CH-OOCCH3—聚乙酸乙烯酯—聚乙烯醇—维纶树脂5、如何选择自由基聚合的引发剂？—首先，根据聚合操作方式和反应温度条件，选择适当分解速度的引发剂。

第二，根据引发剂的分解速度随温度的不同而变化，所以要根据反应温度选择合适的引发剂。

第三，根据分解速度常数选择引发剂。

第四，根据分解活化能（E d）选择引发剂。

第五，根据引发剂的半衰期选择引发剂。

6、在自由基聚合生产中，主要采用什么方法控制产品的平均分子量？—控制平均分子量的手段：（1）严格控制引发剂的用量，一般仅为千分之几；（2）严格控制反应温度和其他反应条件；（3）选择适当的分子量调节剂并严格控制其用量。

在实际生产中，由于聚合物品种不同，采用的控制手段各有所侧重，根据主要影响因素来选择控制手段。

7自由基聚合反应的实施方法有哪几种？分别能生产哪些主要的高聚物品种？自由基聚合反应的实施方法有哪几种？分别能生产哪些主要的高聚物的品种？—高分子聚合反应实施方法有自由基聚合（本体聚合、乳液聚合、悬浮聚合、溶液聚合）；离子与配位聚合（本体聚合、溶液聚合）。

本体聚合生产的主要品种：LDPE、PS、PMMA等。

悬浮聚合生产的主要品种：PVC、EPS、AS、ABS 、PMMA、PTFE等。

乳液聚合主要产品：合成树脂如PVC、聚醋酸乙烯、聚丙烯酸酯等，合成橡胶如SBR、NBR、CR。

8比较悬浮聚合和乳液聚合、本体聚合的优缺点。

—悬浮聚合的特点：优点：用水作为连续相，聚合反应热易除去；操作安全；反应体系粘度较低；温度易控制；分离较容易；产品纯度较乳液聚合的高。

缺点：分散体系不稳定，间歇法生产。

乳液聚合的特点：优点：聚合反应热清除较容易；反应体系粘度低；分散体系的稳定性优良，可连续操作；产品乳液可直接用作涂料、粘合剂、表面处理剂。

缺点：分离过程较复杂，产生大量废水，直接干燥能耗大；聚合物杂质含量较高。

本体聚合的特点：优点：无反应介质，工艺过程简单。

缺点：聚合反应热的散发困难，反应温度难以控制，一般先进行预聚合，排除部分反应热；反应后期粘度大，单体反应不易进行完全。

9破乳方法有哪些？乳液聚合工业生产中采用什么方法破乳？—破乳方法：加电解质；改变PH值；冷冻破乳；机械破乳；稀释破乳。

工业生产中采用破乳的主要方法是在乳胶中加入电解质并且改变pH值。

10名词解释Ziegler-Natta催化剂：中文译名“齐格勒-纳塔”催化剂，由三乙基铝与四氯化钛组成，是一种优良的定向聚合催化剂。

催化剂又称触媒,可以组合成Ziegler-Natta触媒的化合物种类相当多，Ziegler-Natta触媒可由下列的化合物组合而成：周期表中第IV到第VIII族的过渡金属化合物，和周期表中第I到第III族的金属所组成的有机金属化合物。

其中过渡金属化合物为触媒，而有机金属化合物为助触媒。

爆炸极限：可燃物质与空气或氧气必须在一定浓度范围内均匀混合，形成预混气，遇火源才会发生爆炸，这个浓度范围成为爆炸极限，或爆炸浓度极限逐步加成反应:某些单体的官能团可按逐步反应的机理相互加成而获得聚合物，但又不会析出小分子副产物，这种反应称为逐步加成聚合反应。

界面缩聚:两种单体分别溶解在水及与水不相混溶的有机溶剂中，在常温常压下，在水和有机溶剂的界面进行缩聚反应的方法。

工程塑料:是指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。

11、离子聚合与配位聚合反应在工业上有哪些应用？聚合实施方法有哪些？为什么不能采用悬浮聚合和乳液聚合生产？—①阳离子聚合反应工业应用：聚异丁烯：聚乙烯亚胺；聚甲醛。

此外还可以合成端基为某功能团的聚合物，具有功能性悬挂基团的聚合物，嵌段共聚物，大单体。

实施方法：乙烯基单体或某些杂环单体在阳离子引发剂作用下生成相应阳离子进行聚合的反应阴离子聚合反应工业应用：合成分子量甚为狭窄的聚合物；合成利用先后加入不同种类单体进行阴离子聚合的方法合成AB型，ABA型以及多嵌段、星形、梳形等不同形式的嵌段共聚物；利用在聚合反应结束时需要加入终止剂这一点，合成某些具有适当功能团端基的聚合物。

实施方法：有两种情况，一是聚合引发剂和单体分子之间有两个电子转移而生成一个键；二是单电子转移而不生成键，首先生成自由基离子，然后二聚成为双离子。

配位聚合反应工业应用：合成树脂中HDPE、聚丙烯及其共聚物；合成橡胶中顺丁橡胶（BR）、顺式聚异戊二烯（合成天然橡胶）以及乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物（乙丙橡胶）。

实施方法：乙烯和α-烯烃的配位聚合、1，3-烯烃配位聚合。

②原因：离子聚合与配位聚合都使用相应的催化剂进行催化聚合反应，由于有些催化剂对H2O的作用是灵敏的。

或由于反应过程中生成的碳正离子增长链（～～C+X-）、碳负离子增长链（～～C-M+）、阴离子配位键对H2O的作用是灵敏的，所以不能采用H2O为反应介质。

因此与游离基聚合不同，不能采用以H2O为反应介质的悬浮聚合生产方法和乳液聚合生产方法进行生产。

而采用无反应介质的本体聚合方法或有反应介质存在的溶液聚合方法。

12、工业上用于生产线型缩聚高聚物的方法有哪些？各有何特点？—熔融缩聚特点：优点是生产工艺过程简单生产成本低，可连续法生产直接纺丝，聚合设备的生产能力高。

缺点是反应温度高，要求单体和缩聚物在反应温度下不分解，单体配比要求严格，反应物料粘度高，小分子不易脱除，局部过热可能产生副反应，对聚合设备密封性要求高。

广泛用于大品种缩聚物。

溶液缩聚特点：优点是溶剂存在下可降低反应温度避免单体和产物分解，反应平稳易控制，可与产生的小分子共沸或与之反应而脱除，聚合物溶液可直接用作产品。

缺点是溶剂可能有毒、易燃，提高了成本，增加了缩聚物分离、精制、溶剂回收等工序，生产高分子量产品时须将溶剂蒸出后进行熔融缩聚。

适用于单体或缩聚物熔融后易分解的产品生产。

界面聚合的特点：优点是反应条件缓和，反应时不可逆的，对两种单体的配比要求不严格。

缺点是必须使用高活性单体，需要大量溶剂，产品不易精制。

适用于气液相、液-液相界面缩聚和芳香族酰氯生产芳酰胺等特种性能聚合物。

固相缩聚的特点：优点是反应温度低于熔融缩聚温度，反应条件缓和。

缺点是原料需充分混合，要求达一定细度，反应速度低，小分子不易扩散脱除。

适用于提高已生产的缩聚物的分子量以及难溶的芳族聚合物的生产。

13、简述影响线型缩聚高聚物分子量的影响因素。

—①线型高分子量缩聚物生产过程中单体转化率的高低对产品的平均分子量产生重要影响；②缩聚物生产过程中两种二元官能团单体的摩尔比应严格相等，而加入适量的一元官能团单体以控制产品的平均分子量；③缩聚反应生成的小分子化合物须及时用物理方法或化学方法除去，其残存量对聚合度产生明显影响。

14、具有反应活性的低聚物可分为哪两类？各举两例。

—具有反应活性的低聚物有（1）反应性官能团为可发生缩聚反应的合成树脂：酚醛树脂、氨基树脂、醇酸树脂、有机硅树脂等。

（2）反应性官能团为不能发生缩聚反应的合成树脂：不饱和聚酯树脂、环氧树脂、端羟基聚醚或聚酯等。

15、生产聚氨酯的主要原料有哪些？简述聚氨酯的合成原理。

—聚氨酯(PUR)：塑料、橡胶、合成纤维、涂料、粘合剂。

是世界五大塑料之一，主要产品是泡沫塑料，占78%。

生产聚氨酯原料有异氰酸酯，多元醇化合物（包括聚醚多元醇，聚酯多元醇，其他类型的多元醇）。

聚氨酯的合成原理：1.异氰酸酯的化学反应：（1）异氰酸酯与含活泼氢化合物间的反应；2.异氰酸酯的自聚反应：（1）芳香族异氰酸酯的二聚反应（2）异氰酸酯的三聚反应（3）异氰酸酯的线型聚合反应（4）异氰酸酯的脱二氧化碳缩聚反应；3.二元(或多元)异氰酸酯和二元(或多元)醇：（1）一步法，由异氰酸酯和醇直接反应，如双组分的聚氨酯粘合剂，聚氨酯泡沫塑料也可由一步法直接合成（2）两步法（预聚体法），第一步：合成预聚体，二元醇和过量的二元异氰酸酯反应，生成两端皆为-NCO基团的加成物。