《聚合物合成工程》复习题及答案

《聚合物合成工程》复习题及答案

一、简答题

1．高分子合成材料主要包括哪几类，并简述其一般的生产工艺过程。

答：高分子合成材料主要包括塑料、合成橡胶和合成纤维三大类，此外还包括涂料、粘合剂、离子交换树脂、功能高分子材料等。高分子合成材料的一般生产工艺过程如下：原料精制与配制过程、聚合过程、聚合物分离、洗涤、干燥、造粒（压块）过程以及溶剂回收再利用过程等。

2．当今，高分子合成材料在人们的生活中扮演着越来越重要的作用，请列举至少五种高分子材料制品，并简述高分子合成材料的一般的生产工艺过程。

答：在我们的日常生活中，常见的高分子材料制品有塑料盆（桶、碗、瓶、杯、凳子等）、电视机外壳、电脑机箱、汽车外壳、衣服、皮鞋、尼龙袋、保鲜膜等。它在人们的生活中扮演着越来越重要的作用。高分子合成材料的一般生产工艺过程如下：原料精制与配制过程、聚合过程、聚合物分离、洗涤、干燥、造粒（压块）过程以及溶剂回收再利用过程等。

3．高分子科学发展至今包括哪两个方面，二者什么关系？

答：高分子科学发展至今，形成了学科基础研究（包括“高分子化学” 、“高分子物理”和“高分子工程”三个分支学科）和高分子材料研究（包括“功能高分子”，“通用高分子材料”两个分支领域）两格局。二者为密切联系，互相渗透，互为依托的关系。

4．高分子科学是从何时真正萌芽并得到发展的，而我国高分子科学研究又是何时起步的呢？

答：高分子科学的真正萌芽要追索到1920年前后，由德国化学家 H. Staudinger在1919年瑞士学术会上，提出的“高分子化合物是由共价键连接而成的长链分子”观点，并发表了“聚合反应”的著名论文。此时，建立了大分子链的学术观点，高分子科学渐渐萌生和发展。而我国高分子科学研究起步较晚，大约在20世纪50年代初。

5．影响所生产聚合物的分子量及分布、结构与性能以及牌号的因素有哪些。

答：所生产的聚合物分子量及分布、聚合物结构与性能以及不同产品牌号与聚合反应设备、聚合反应机理、聚合反应实施方法、物料组成、聚合反应操作方式以及聚合反应工艺条件有关。

6．由于聚合方法很多，不同聚合方法聚合得到物料体系组成不同，其形态也不同，分离方法也不一样。请以任一种聚合方法简述其聚合物生产后期中的分离方法及过程。

答：例如：本体聚合与熔融缩聚：反应转化率很高，单体几乎全部转化为高分子，一般不需要经过分离，可将高粘度的熔体直接铸带，进行后处理。若要求生产高质量产品时，需要脱出少量未反应单体，应使聚合物熔体呈薄层或线状流动下抽高真空。

或悬浮聚合：聚合物呈圆珠状，分散在水介质中，未反应的单体及分散剂、悬浮剂等必须进行分离。首先采用蒸汽蒸馏（沸点较高单体,与水共沸）或闪蒸（常温下是气体的单体，迅速减压）等方法除去单体，利用离心过滤和离心洗涤等方法除去分散剂、悬浮剂，再用净水反复洗涤保证聚合物无其他杂质。

或乳液聚合：①聚合物呈胶体分散状的固-液乳液体系，固体颗粒粒径在0.01-1μm之间，由于布朗运动，静置时，固体颗粒不会沉降析出，若作为涂料或粘合剂用时，仅用闪蒸或蒸汽蒸馏脱出未反应单体,浓缩法提高浓度即可；若产品为固体时，工业上一般是将聚合物进行喷雾干燥即可得到粉状树脂。

②聚合物为合成橡胶乳胶时, 分离过程更复杂一些，特别是二烯类产品，聚合完后，未反应单体含量较多，乳液在凝聚之前，先脱除单体, 再加入防老剂、填充剂混合均匀后加入电解质如NaCl水溶液进行破乳凝聚,然后用酸性溶液使乳化剂析出得到合成橡胶胶粒,最后进行分离、洗涤、过滤得到潮湿的胶粒。或自由基溶液聚合和溶液缩聚：聚合物溶液，主要除去未反应的单体和溶剂。作为涂料或黏合剂时,用闪蒸或蒸汽蒸馏脱出未反应单体,浓缩法提高浓度即可;若作为固体时, 加入沉淀剂将聚合物从溶剂中分离出后，再用蒸馏法分离单体和溶剂，并回收循环使用。

或离子型溶液聚合：聚合物溶液(或淤浆液)，在分离溶剂之前可在聚合物溶液中加入醇类（如甲醇、乙醇）将金属有机化合物破坏，生成的金属盐及卤化物用水洗涤使其溶解于水中作为废料处理。

对于合成树脂而言,加入一定的沉淀剂使聚合物分离，用离心机将固体物与溶剂分离;对于合成橡胶而言,将高黏度橡胶溶液喷入沸腾的水中,强烈搅拌,未反应单体和溶剂与一部分水蒸气蒸出,合成橡胶以10-2 0 μm胶粒析出,过滤洗涤得到。

7．简述聚合物生产过程与一般化工产品生产过程的独特之处。

答：聚合物生产过程是将简单的有机化合物经聚合反应生产出分子量和用途不一的高分子化合物的过程，它不同于一般化工产品如酸、碱、盐以及有机化合物的生产过程，具有如下特性：① 单体具有双键或两个及其以上活性官能团；② 聚合物分子量具有多分散性；③ 聚合反应中热力学和动力学不同于一般有机化学反应；④ 聚合反应体系多样、伴随相态变化；⑤ 生产品种多、生产过程复杂、设备要求高。

8．聚合用单体、溶剂以及易分解引发剂在反应前必须精制，为什么？若不进行精制，聚合反应能否进行？

答：这主要是由于：①通常,为了防止单体贮存时发生自聚，单体中一般都加入了少量如对苯二酚、苯醌等阻聚剂, 对聚合反应有阻聚作用；②单体、溶剂中以及易分解引发剂因纯度不够含有有害杂质会影响聚合反应速度、聚合物分子量、聚合物色泽以及引发剂或催化剂活性等；③易分解引发剂聚合前进行精制可以提高引发效率，减少引发剂的加入量。若不进行精制，聚合反应能一般能进行，只是会影响其聚合反应速率，聚合物分子量等。

9．对于自由基聚合用易分解引发剂而言，一般可加入适量水或溶剂使其保持潮湿状态或低浓度保存；而对于离子聚合用催化剂而言，万万不能将其与水及空气中的氧、醇、醛、酮等极性化合物接触，这是为什么？

答：对于自由基聚合用易分解引发剂而言，适量水或溶剂可防止易分解引发剂受碰撞发生爆炸等；而对于离子聚合用催化剂而言，催化剂可与水及空气中的氧、醇、醛、酮等极性化合物发生爆炸分解，失去活性。10．根据聚合反应器的形状可将聚合反应器分为哪几类？其中，釜式反应器主要组成部分有哪些？各组成部分又起什么作用？

答：根据聚合反应器的形状可将聚合反应器分为釜式反应器（聚合反应釜）、管式聚合反应器、塔式聚合反应器以及带有特殊形式的聚合反应器。釜式反应器主要由釜体、热交换装置、搅拌装置和密封装置等部分组成。其中，釜体作用是为物料提供反应空间；热交换装置作用是供给或带走热量保证反应顺利进行；搅拌装置作用是提高釜内物料的流动性,保证物料混合均匀、传热和传质等；密封装置作用是保证釜内处于一定的正压或真空及防止反应物逸出或杂质渗入。

11．为什么离子型聚合不能通过常规乳液聚合和悬浮聚合实施？

答：这主要是由于常规乳液聚合和悬浮聚合体系中均采用分散介质水，而对于离子型聚合而言，所选用催化剂对水及空气中的氧、醇、醛、酮等极性化合物很敏感，少量水分会催化剂失活。

12．简述间歇操作与连续操作方式的特点？

答：对于间歇操作而言，它是一种分批投料，一次出料的操作方式，反应条件易控制、聚合物停留时间相同、灵活大，工艺条件可改变生产不同品种或牌号的产品；但产品规格难以控制统一、聚合反应器不能充分利用、不易实现操作过程的全部自动化，适于小批量生产。对于连续操作而言，它是一种连续投料，连续出料的操作方式，聚合反应条件稳定、产品质量规格稳定、设备密闭，污染少、容易实现操作过程的全部自动化、适合大规模生产，生产率高，成本较低；但不便于小批量产品品种或牌号的生产。

13．聚合物生产设备一般包括哪几类？各自在生产聚合物过程中扮演什么角色？

答：聚合物生产设备一般包括聚合物合成设备、聚合物分离设备和聚合物脱水及干燥设备三类。其中，聚合物合成设备是单体在特定聚合工艺条件下经过聚合反应得到聚合物的场所；聚合物分离设备是将未反应的单体、溶剂从聚合物中分离出来，提高聚合物的纯度，从而提高聚合物的质量，同时降低环境污染以及生产成本；聚合物脱水及干燥设备主要是将分离并经过反复洗涤过得聚合物进行脱水及干燥，使聚合物体系中含水量降至0.5%以下，提高聚合物质量。

14．聚合物分离设备一般包括哪几类？并简述各自所依据的分离原理？

答：聚合物分离设备也是关键设备,主要包括脱挥发分分离设备、化学凝聚分离设备和离心分离设备三种。其中，脱挥发分分离设备主要是脱除未反应的低沸点单体和溶剂，采用减压或共沸的方法进行分离；化学凝聚分离设备是将聚合物从液体介质中分离出来，它主要是通过在聚合物胶液体系中加入凝聚剂、沉淀剂等，使固体聚合物从胶液中析出的化学凝聚方法；离心分离设备是将聚合物从液体介质中分离出来，它主要是离心力作用下，将聚合物与液体介质分离的物理方法。

15．聚合物脱水及干燥过程有何区别？

答：经分离、水洗的聚合物粗产品中一般含有一定量（如40 -70％）水分和少量其他有机挥发分，必须除去。工业上，将水分从初始含量脱除到5-15%的过程称为脱水，进一步将剩余水分和少量其他挥发分脱除至0.5 %以下的过程称为干燥。脱水和干燥可单独为两步，也可联合成一个连续的过程。

16．对于釜式反应器而言，搅拌装置必不可少，通常情况下，不同搅拌体系要求选择不同的搅拌器，请举例说明。

答：例如：对于低粘度体系而言，一般采用浆叶尺寸较小、搅拌转速较高的浆式（平浆、斜浆）、透平浆和推进式搅拌器；对于高粘度体系而言，一般采用浆叶尺寸较大（螺杆式搅拌器除外），搅拌转速较低的锚式、框式、螺带式和螺杆式搅拌器，其中，采用螺杆式搅拌器时，一般与螺带式搅拌器或导流筒配合使用；对于粘度极高的体系，还可采用带刮板的螺带式搅拌器等，或采用双层或多层搅拌浆叶，或根据需要采用两种及其以上浆型组合

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