聚合物合成原理和工艺共52页文档
常用的聚合物材料和合成方法
常用的聚合物材料和合成方法近年来，聚合物材料的应用越来越广泛，它们被广泛应用于建筑、制药、塑料工业、汽车等各个领域。
聚合物材料是由高分子化合物构成的材料，可以通过化学聚合或物理聚集等方法得到。
其中，聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等常见的聚合物材料已成为制造各种产品的重要材料。
一、聚酯材料聚酯是一种合成材料，由某些化合物通过酯化反应或缩聚反应得到的高分子聚合物。
聚酯材料是制造纤维、塑料和薄膜的重要材料。
在应用方面，聚酯材料广泛应用于包装、电子、汽车和建筑等领域。
在工业制造聚酯材料的过程中，酯交换反应是最常用和最重要的反应。
这种反应是通过加热条件下使放置在均质化溶剂中的二酸或异酸酯和二醇发生化学反应，通过聚合形成高分子链。
二、聚乙烯材料聚乙烯是一种由乙烯聚合而成的高分子聚合物。
它是一种重要的塑料材料，由于它的可塑性和透明性，它被广泛应用于制造各种塑料制品，例如塑料袋、瓶子、玩具等。
聚乙烯的合成方法也比较简单，一般是通过碎冰机将乙烯粉末与触媒一起添加到反应器中，反应器内部经过高温高压，乙烯分子开始聚合，最后形成聚乙烯。
三、聚丙烯材料聚丙烯是一种由丙烯单体聚合而成的高分子聚合物，是一种透明而均匀的热塑性塑料。
可以制成各种产品，例如塑料容器、食品包装、医疗用品等。
聚丙烯的生产过程主要通过自由基聚合反应来完成。
在这个过程中，首先加入丙烯单元到反应器中，然后再加入催化剂，反应器内部通过高温高压产生聚合反应，最后形成聚丙烯。
四、聚氯乙烯材料聚氯乙烯是一种由氯乙烯单体聚合而成的高分子聚合物。
由于它的透明性和耐腐蚀性，聚氯乙烯被广泛用于制造各种耐腐蚀和耐热产品，例如水管、电缆成套和窗框等。
聚氯乙烯的制备方法主要有三种，分别是氯乙烯聚合、氯乙烯自由基聚合和氯乙烯共聚合。
其中，氯乙烯聚合是最常用和最重要的方法之一，它是通过高温高压的条件下使氯乙烯单元聚合形成高分子聚合物。
总之，不同的聚合物材料可以在不同的领域得到广泛应用。
聚合物合成原理和工艺
2. T影响
在一定温度范围内，聚合反应和聚合物产率随温度的升高
而升高，当超过一定值后，聚合物产率、分子量及密度则降
低.
?
T
V
但V链转移增加比V链增长更快
M相应降低，即MI
此外，支化反应加快，导致产物的长支链及短支链数目增 加，产物密度降低；另外，大分子链末端的乙烯基含量也 有所增加，降低产品的抗老化能力。
自由基聚合常用乙烯基单体，乙烯基单体常是一取代和 1,1-二取代乙烯 （？）
引发剂的类型 :过氧化物 ;偶氮类化合物 ;氧化还原引发剂
聚合物的分子量是决定力学性能与加工性能的重要指标
自由基聚合的实施方法有4种----本体聚合、悬浮聚合、 溶液聚合和乳液聚合 本体聚合：在不用溶剂和分散介质的情况下，以加少量引 发剂或不加引发剂而依赖热或其它方式使单体发生聚合的 实施方法。
两种类型的PVC树脂其颗粒形态主要取决于分散剂、搅拌 强度，尤其是分散剂。
反应的关键控制：在反应期间，反应体系的两相分散和稳 定作用极为重要，悬浮剂的加入和搅拌是悬浮聚合中最主 要和不可缺少的条件。
可用下途径使分散体系得到稳定和保护： （1）加入某种物质以形成珠滴的保护层（膜）； （2）增大水相介质的粘度，使珠滴间发生凝聚时的阻力增
主要品种：尼龙类纤维、聚酯类纤维、维尼纶纤维、PVC纤维、 氯纶、碳纤维、聚酰亚胺纤维，聚氨酯弹性纤维等等。
合成纤维同天然纤维相比，强度高，有弹性，耐磨性和耐化学腐
蚀性好，主要用做衣料。
合成橡胶:丁苯、顺丁、异戊、异丙胶、丁基胶、丁腈 胶、氯丁胶。
特种胶：硅橡胶、氟橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶、 氯醇橡胶、聚硫橡胶等等
热塑性弹性体（thermoplastic elastomers,TPE）：在常温 下显示橡胶的弹性，高温下又能够塑化成型的材料。
第三章自由基本体聚合原理及生产工艺 聚合物合成工艺学 ppt
（2）对染料的要求和处理 对染料的要求： 在单体中溶解性好； 耐光、耐热、不褪色。 染料的处理工序： 染料溶于少量单体 → 水浴加热 10 min ，搅匀 → 过滤 → 备用； 若是醇溶性染料，则先溶于单体总量 2％ 的丁醇 → 加 等量单体，混合均匀 → 水浴加热 10 min → 过滤 → 备用。
主要缺点是高压釜结构较复杂，尤其是搅拌器的设计与安装 均较困难，在生产中搅拌器会发生机械损坏，聚合物易于沉积 在桨上，因而造成动平衡破坏，甚至有时会出现金属碎屑堵塞 釜后的减压阀现象，使釜内温度急剧上升，导致爆炸的危险。
管式反应器： 管式反应器是细长的高压管。管式反应器的物料在管内呈活
塞式流动，反应温度沿管程有变化，因而反应温度有最高峰，因 此所合成聚乙烯分子量分布较宽。管式法早期的单程转化率较 低．大约10％左右，生产能力为3000t／a，近期单程转化率与釜 式法相近，即为24％，单线生产能力已达到 60000—80000t／a。 管式反应器的结构颇为简单和传热面积相当大。整根细长的高压 管都布置有夹套。
缩短生产周期，使自动加速现象提前到来； 预聚物有一定粘度，灌模容易，不易漏模； 体积已经部分收缩，聚合热已经部分排除，利于后期聚合。
3、制模和灌模工段工艺流程简介 制模材料：
洁净普通玻璃或钢化玻璃； 橡皮垫及玻璃纸； 铁夹； 牛皮纸及胶水。 灌浆 将预聚浆液通过漏斗灌入模具中。根据生产的板材厚度 不同一般采取不同的灌浆方法。 厚度小于 4mm 的板材，先灌浆，之后竖直置于进片架 直接进入水箱，依靠水的压力将空气排出，使浆液布满模具， 立即封合。 厚度 5～6mm 的板材，在竖直灌浆后将空气排出，使浆 液布满模板，立即封合。
3、添加剂
• 防老剂：2，6－ 二叔丁基对苯酚(抗氧剂264) ； • 紫外线吸收剂：邻羟基二苯甲酮； • 润滑剂：硬脂酸铵或油酸铵或亚麻仁油酸铵或三者混合物； • 开口剂：提高薄膜开口性、滑爽性和自动包装性能，高分散
聚合物合成原理和工艺ppt课件
大分子的一次结构是由合成反应的条件决定的。分子量的大 小及分布、分子链节的组成、分子链的基团及活性官能团、 大分子空间立体结构等是由合成的配方、组成、催化剂及反 应条件所控制的。大分子的一次结构又对二次、三次及高次 结构及物性起决定性的作用。
耐低温性能对某些高分子材料是重要的，从分子结构看，增 加分子的柔性，Tg值下降，二烯类弹性体、硅橡胶等的分子 链柔性好，具有较好的弹性，玻璃化温度低。
为什么高压聚乙烯比低压聚乙烯的密度低？聚合物结构有何 差异？聚合机理有何不同？低密度聚乙烯的结构是怎样产生 的？
低密度聚乙烯的生产工艺有釜式法和管式法两种。
高压聚乙烯流程分5个部分：乙烯压缩、引发剂配制和注 入、聚合、聚合物与反应的乙烯分离、挤出和后处理（包 括脱气、混合、包装、贮存等）
本体聚合按参加参加单体的相态可分为气相和液相两种。 气相本体聚合中最成熟的是LLDPE的生产。
而升高，当超过一定值后，聚合物产率、分子量及密度则降
低.
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T
V
但V链转移增加比V链增长更快
M相应降低，即MI
此外，支化反应加快，导致产物的长支链及短支链数目增 加，产物密度降低；另外，大分子链末端的乙烯基含量也 有所增加，降低产品的抗老化能力。
Chapter 3 悬 浮 聚 合
悬 浮 聚 合：通过强烈的机械搅拌作用使不溶于水的单体 或多种单体的混合物成为液滴状分散于一种悬浮介质中进 行聚合反应的方法。
包括：PA（聚酰胺）、PC（聚碳酸酯）、POM（聚甲醛、聚氧化甲 撑）、PPO（聚苯醚）、PBT（聚对苯二甲酸丁二醇脂）、PET（聚对 苯二甲酸乙二醇脂）
特种工程塑料：长期使用温度在150℃以上的塑料。
《聚合物合成原理及工艺学》教学大纲
《聚合物合成原理及工艺学》教学大纲（一）、课程基本信息课程名称（中、英文）：聚合物合成原理及工艺学Principle and Technology of Polymer Synthesis课程号（代码）：300032030课程类别：专业必修课学时：48 学分：3（二）、教学目的及要求“聚合物合成原理及工艺学” 是高分子材料与工程专业的本科学生继有机化学、化工原理、高分子物理、高分子化学等专业基础课以后所开设的一门专业主干课程。
本课程以三大合成材料及精细和功能高分子材料的工业生产为模型，以聚合物的分子设计与合成──结构控制── 性能控制贯穿整个课程的始终，集中介绍了工业生产的重要品种的生产工艺技术,合成高分子材料的新方法；各种聚合方法进行工业化生产的特点、配方原理、流程组织原理和典型工业生产过程、聚合反应的基本化工单元及典型生产设备；不同实施方法中，关键设备的选用，传热传质和分离提纯的有效措施，最能体现工艺意图的设备组合，获得预定性能和结构的聚合物生产的工艺方法和工艺技术。
本课程旨在培养学生的工程意识，使其熟悉工业合成高分子材料的一般过程，掌握工业生产高聚物的技能技巧，具备从事高分子材料工业化生产和开发新型高分子材料的能力，是高分子材料与工程专业学生必不可少的重要知识板块。
对毕业要求及其分指标点支撑情况：（1）毕业要求1，分指标点1.5；（2）毕业要求2，分指标点2.5；（3）毕业要求3，分指标点3.4；（三）、教学内容（含主要内容、学时分配，教学重点*、难点）第一章：高分子合成原理及工艺学绪论（3学时）以高分子材料发展的历史沿革和最新发展趋势的介绍，激发学生的学习热情，进行学习本课程的动员；再通过介绍高分子工业合成的一般过程，使学生获得对本课程的主要教学内容和课程组织方式的整体概念。
在此基础上提出对各知识点不同层次的要求。
难点在于一开始就讲述合成高分子生产的主要过程，学生可能难于完全理解消化。
一．高分子合成工业的历史沿革和发展趋势二．工业合成高分子的一般过程*三．本课程对不同知识点的具体要求第二章生产单体的原料路线（4学时）本章主要介绍从石油，煤炭和农副产品制备高分子原料的主要技术路线，目的是使学生系统了解从自然资源获取工业高分子合成原料的生产过程，了解来自不同原料路线的单体或其它化学品的特性。
聚合物制备原理
• 假卤素，又称类卤 素。指某些原子团， 它们在游离状态下 与卤素单质性质相 似。用于ATRP常 见的佳卤化物为C uS2CNEt2
CH3
H3C C Mn + Cu(S2CNEt2)Cl
NC
+M KP
CH3
H3C C Mn S2CNEt2
NC
+ CuCl
19
5 电子转移生成催化剂的ATRP
Mtn+1-X/Ligand Reducing Agent
thermoregulated phase-transfer catalysis (TRPTC)-based AGET ATRP
Initiator: alkyl pseudo-halogen 2-cyanopr op-2-yl 1-dithionaphthalate(CPDN)
Ligand: thermoresponsive PEG-supported pyridyl ligand
biphasi2c 6syste
diffusion regulated phase-transfer catalysis (DRPTC)based ICAR ATRP
• Initiator: ethyl α-bromophenylacetate (EBrPA) • Ligand:tris(2-pyridylmethyl)amine (TPMA) • Monomer:MMA
聚合物合成原理及工艺学
聚合物合成原理及工艺学教案
四川大学高分子科学与工程学院
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第32页。
聚合物合成工艺讲义文稿演示
第一节 概述
●逐步加成聚合反应(Step—Growth Addition Polymerization)简称 聚加成反应，某些单体分子的官能团可按逐步反应的机理相互加 成而获得聚合物，但又不析出小分子副产物。
●大分子链逐步增长，每步反应后均能得到稳定的中间加成产 物，聚合物分子量随反应时间增长而增加。
●由于反应中没有小分子副产物析出，高聚物的化学组成与单体 的化学组成相同。
●几种逐步加成聚合反应 (1)聚脲反应通式
线型聚脲由于熔化温度高且热稳定性差，没有广泛的使用。
(2)某些烯类化合物的逐步加成聚合反应，如双烯烃和二硫醇 n CH2 = CH—R—CH=CH2 + n HS—R’—SH [CH2 — CH2—R—CH2—CH2—S—R’—S]n
O
O
O
O
O
O
O
Ox
O O
可溶性梯型高聚物
该高聚物能结晶，能溶解，但不熔化，具有很高的耐热性，在 900℃时只失重30%。
(4)丙烯酰胺在催化剂下的加成聚合反应
n CH2=CH—CO—NH2
[-CH2—CH2—CO—NH-]n
在石油、造纸、自来水等工业和领域应用广泛。
第二节 聚氨酯的合成原理 1. 聚氨酯(Po1yurethane, PU)的发展
1937，德国Bayer合成第一种聚氨酯热塑性塑料Durthane U。 40年代，制得了合成纤维贝纶U(Perlon U)。
50年代，得到聚氨酯弹性体、弹性纤维和泡沫塑料。
60年代，聚氨酯涂料和粘合剂等开始应用。
我国聚氨酯工业起始于20世纪50年代末，1959年上海市轻工 业研究所开始聚氨酯泡沫塑料的研究。
高温下则二聚体会发生分解
聚合物合成工艺详解演示文稿
第二种单体聚合形成粒子的外壳，形成具有核壳不同结构 的共聚物，称为核-壳乳液聚合。
第32页，共74页。
核壳聚合物具有十分独特的性能
即核与壳既有组成上的不同，又具有性能上的不同；十 分有利于实现聚合物组成与功能的调节。
第23页，共74页。
6.3乳液聚合生产工艺概述
6.3.1典型工艺过程
乳化 聚合 脱单体 后处理
根据所需产品的形态和产品的物性，可将后处理工艺分为三种类型 固体块状物后处理工艺 如SBR的生产，以破乳、凝聚、压块、干燥为
主
固体粉状物后处理工艺 如PVC、ACR的生产，以直接的喷雾 干燥为主
液体状胶乳后处理工艺 如乳胶漆（苯－丙乳液）的生产，以
HLB值即亲水亲油平衡值。
HLB值＝7+∑(亲水基团值)-∑(亲油基团值)
各种基团的值由实验测定（参见P63，表3-16，张慰盛版）， HLB值不同的乳化剂，其应用领域不同。
第10页，共74页。
6.1.3.3表征表面活性剂性能的几个参数
④浊点 阴离子型乳化剂的水溶液在分子溶解状态、胶束、 凝胶三者之间存在一个平衡温度，称作三相平衡点（浊点）。
乳化剂的作用与机理（续）
用非离子型表面活性剂作乳化剂时，液滴表面也有电荷或 电位存在。
这些电荷为液滴吸附水中的离子或经摩擦产生
通常介电常数高的物质带正电荷
由于水的介电常数一般高于其它液态，故一般O/W （水包油）型乳液的液滴通常带负电荷，水相带正电 荷。
第18页，共74页。
6.2.1乳化现象与乳液的稳定性
因而，在实际应用上具有十分广泛的前景。
目前比较有代表性的品种是PVC改性剂ACR树脂。
聚合物合成原理
聚合物合成原理自由基聚合原理、本体聚合1、自由基聚合过程中的反应速度和聚合物分子量与哪些因素有关？答：.自由基聚合过程中反应速度的影响因素有：单体浓度,引发剂浓度,温度等,其中聚合反应速率与单体浓度依次方,引发剂浓度平方根成正比,后者作为自由基机理的判断依据,而温度的影响因不同种类引发剂表现出较大差异.聚合物分子量的影响因素有：单体浓度、引发剂浓度、温度、链转移以及终止方式等。
单体、引发剂浓度表现在：动力学链长与单体浓度成正比，与引发剂浓度的平方根反比，也就是增加引发剂浓度会降低分子量。
温度表现在：当引发剂和热引发聚合时，温度升高，产物平均聚合度下降；当光引发、辐射引发聚合时，温度对聚合度，聚合速率影响很小。
链转移对聚合度的影响：向引发剂转移，自由基向引发剂转移，导致诱导分解，引发剂效率降低，同时也使聚合度降低；链转移不影响动力学链长，但能使聚合度下降。
不同终止方式也会造成分子量的差异，双基终止时Xn大，歧化终止时Xn小。
2、自由基聚合所有引发剂有哪些类型，他们各有什么特点？答：自由基聚合引发剂类型、特点如下：a、偶氮类引发剂，带吸电子取代基的偶氮化合物，分为对称和不对称两大类。
如：偶氮二异丁腈（AIBN）特点：分解反应几乎全部为一级反应，只形成一种自由基，无诱导分解；比较稳定，能单独安全保存；分解时有N2逸出，动力在于生成高稳定的N2。
b、有机过氧类引发剂，如：过氧化二苯甲酰（BPO）特点：稳定性低，保存是粗产品，使用前要精制；使用温度一般在60-80℃；有氧化性，有诱导分解。
c、无机过氧类引发剂，无机过硫酸盐，如：过硫酸钾K2S2O8和（NH）2S2O8。
特点：这类引发剂能溶于水，多用于乳液聚合和水溶液聚合。
d、氧化—还原引发体系，分为水溶性氧化—还原引发体系和油溶性氧化—还原引发体系特点：活化能较低，可在较低温度（0—50℃）下引发聚合，具有较快的聚合速率。
多用于乳液聚合。
3、引发剂的分解速率与哪些因素有关？引发剂的半衰期的含义是什么？生产中有何作用？答：引发剂的分解属于一级反应，分解速率与引发剂浓度的一次方成正比。