高聚物合成工艺共41页文档
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。
高聚物合成工艺报告
一、聚氯乙烯生产工艺1、原料（1）原料：氯乙烯、去离子水(处理后的水PH值在5-8.5左右)、分散剂(水解度通常在40%-55%之间)、引发剂(半衰期为2小时)、其他助剂(链终止剂、链转移剂、抗鱼眼剂、防粘釜剂)（2）原料路线：由乙炔法制的氯乙烯,乙炔可由碳化钙和水作用制得，然后由乙炔和氯化氢的作用下制的氯乙烯，其中碳化钙课从煤炭或者天然气中制的。
2、生产工艺（液相悬浮聚合）（1）聚合机理：自由基连锁加聚聚合，它的反应一般由链引发、链增长、链终止和链转移。
（2）聚合的主要工艺条件单体纯度达到99.98%;采用偶氮二已丁腈(AIBN纯度98%)；反应温度控制在55-59度之间；所使用的分子量调节剂是琉基醋酸辛脂；所采用的助剂有链终止剂、链转移剂、抗鱼眼剂、防粘釜剂；反应压力在0.50-0.65MPa之间。
（3）工艺流程图（4）聚合反应设备氯乙烯悬浮聚合的主要设备室聚合釜，大型釜多采用碳钢结构。
国内矮胖釜多采用单层浆，并用三爷后掠式桨叶，瘦长釜用多层桨，并用平桨和涡流桨。
3、聚氯乙烯新品种、改性品种（1）超低聚合度聚氯乙烯树脂这种树脂是一种孔隙率较高的疏松型树脂，具有良好的吸收增塑能力，可显著改进硬制品的抗冲击强度。
可用于做注塑制品、地唱片等等。
（2）耐油耐寒聚氯乙烯树脂氯乙烯和丙烯酸脂共聚可改进氯乙烯的耐油性和耐寒性，这种共聚树脂与增塑剂、填料、颜料及添加剂等共混复合则可制成具有弹性的高分子复合材料，广泛用于制造耐油制品，如垫圈、耐油鞋底、软管等等。
（3）消光聚氯乙烯树脂国外采用悬浮法生产含1.5%1,5-己二烯辅助单体的氯乙烯共聚物，利用两者的相溶性达到小光的目的。
这种树脂表观密度和孔隙率高、颗粒分布均匀、流动性好、易于加工。
4、技术进展（1）聚合釜大型化目前已有127立方米、150立方米、200立方米聚合釜问世。
采用大型釜的同时解决了反应热的导出、粘釜及徐苏终止反应等技术。
（2）工艺控制自动化采用大型电子计算机对聚合过程进行程序控制，达到最高的安全性、生产能力的提高、良好的产品质量、最低环境污染等。
高聚物合成工艺
一．成纤聚合物的性质：
1.分子必须是线性结构；
2.分子量必须要足够高，分子量分布要足够窄；
3.较好的结晶性；
4.玻璃化温度高于使用温度，熔化温度超过洗涤和熨烫温度；
5.较好的染色性、吸附性、耐热性、对水及化学物质稳定。
二．破乳的方法：
1.加入电解质(增大胶乳粒径，降低胶乳黏度）；
2.改变PH值（表面活性剂转化为脂肪酸失去乳化作用，高分散性粉状固体乳化剂与酸作用生成可溶性盐）；
3.冷冻破乳（冷冻至冰点后水相析出，由于冰的密度低于水形成覆盖层，层下乳液体系浓度增大且受机械压力而破乳）；
4.机械破乳（强烈搅拌使粒子碰撞速度加快，致使乳化剂的动电位不足以克服碰撞时的结合力而破乳）
三．聚酯的方法：
1.酯交换缩聚法：该法主要包括两步：首先是对苯二甲酸二甲酯（DMT）与乙二醇或1，4-丁二醇在催化剂存在下进行酯交换反应；第二步为生成的BHET或双羟丁酯，在前缩聚釜及后缩聚釜中进行缩聚反应。
2.直接酯化缩聚法：该法用高纯度对苯二甲酸(PTA）与乙二醇或1,4-丁二醇直接酯化生成对苯二甲酸双羟乙酯或丁酯，然后进行缩聚反应。
3.环氧乙烷法：该法直接用环氧乙烷与PTA反应生成对苯二甲酸双羟乙酯，再进行缩聚反应。
四．橡胶硫化、支化交联为何能达到增强的目的？
答：橡胶未硫化之前，化学分子结构都是线性的，因此缺少良好的物理机械性能，最麻烦的是热性能，受热会变粘，而冷的时候就变得非常脆，容易断裂因而限制了使用。
经过硫化后，硫与长链发生反应搭桥，使得链之间发生交联，从而变成了网状结构，就是由线型变成了体型，橡胶的拉伸强度、弹性、硬度、定伸强度等一系列物理机械性能都会大大改善，从而具备使用价值。
高聚物合成工艺
《高分子化学知识》
第一节 高分子化合物的命名
1、通俗命名法 以单体名称为基础，在前面加“聚”字。
2
2、以原料名称命名
取单体简名，在后面加“树脂”。如： 苯乙烯 聚苯乙烯树脂 氯乙烯 聚氯乙烯树脂 苯酚 甲醛 酚醛树脂 尿素 甲醛 脲醛树脂 甘油 邻苯二甲酸酐 醇酸树脂 树脂：未经加工的高分子化合物。 塑料：添加了添加剂的树脂
22
第四节
高分子化合物结构
高分子化合物通常是由简单的结构单元重复连 接而形成大分子 一、分子量的多分散性 1、聚合度n是一个平均值 高分子化合物实际上是结构相同而聚合度不 同的化合物的混合物。 例：不同牌号的丁苯橡胶，聚合度各不相同， 即分子量也各不相同。
23
2、分子量与聚合度
分子量Mn= nM0 其中：M0是链节的相对分子质量 （1）加聚物： M0是单体的相对分子质量 （2）缩聚物： M0不是单体的相对分子质量 3、分子量分布 分子量分布是影响聚合物性能、加工和应用 的重要因素
11第三节 Leabharlann 分子化合物的合成自由基型聚合
连锁聚合 合成反应分类
离子型聚合
逐步加聚
逐步聚合
逐步缩聚
12
一、加聚反应
加聚反应：由一种或多种单体通过加成反应 而聚合形成的分子的反应，反应中无低分 子析出。 大部分加聚反应属于连锁聚合反应，也称链 式（连锁）反应，反应需要活性中心。 反应中一旦形成单体活性中心，就能很快传 递下去，瞬间形成高分子。平均每个大分 子的生成时间很短（零点几秒到几秒）。
Y
CH2-CH=CH-CH2 CH2-CH=CH-CH2
Y
顺丁橡胶
CH2-CH
Z
丁苯橡胶5
4、以高分子链的结构特征命名：
高聚物合成工艺学PPT精品课程课件全册课件汇总
浓度过高；c.干燥过程中聚合物残存的单体逸入大气中。
高分子合成工厂中污染水质的废水，主要来源于聚合物分离和 洗涤操作排放的废水和清洗设备产生的废水。
XX XX系
1.3 三废处理与安全 1.3.2 安全
高分子合成工厂中最易发生的安全事故是引发剂、催化剂、
早期，天然桐油，经适当处理制成油漆。
1839年，美国人发明了天然橡胶的硫化。
1855年，英国人由硝酸处理纤维素制得塑料(赛璐珞)，以后又相 继制成人造纤维。（80年代末期用蛋白质-乳酪素为原料获得了 乳酪素塑料，又叫做半合成材料。） 1883年，法国人发明了用乙酸酐与纤维素制人造丝(粘胶纤维)。
XX XX系
XX XX系
1.1.2. 高分子材料生产主要过程
XX XX系
1.1.3 高分子合成材料成型加工工业简介
高分子合成工业的产品形态可能是液态低聚物、坚韧的固态高 聚物或弹性体。它们必须经过成型加工才能够制成有用的材料 及其制品。
塑料的原料是合成树脂和添加剂（包括稳定剂、润滑剂、着色 剂、增塑剂、填料以及根据不同用途而加入的防静电剂、防霉 剂、紫外线吸收剂等）。
易燃单体、有机溶剂引起的燃烧与爆炸事故。可燃气体、液体 的蒸气或有机固体与空气混合时，当达到一定的浓度范围，遇
火花就会引起激烈爆炸。例如乙烯的爆炸极限是2.7％(下限)和
34.0％(上限) 。 高分子合成工业所用的化学品、单体、溶剂、聚合用助剂、 加工助剂等，有些已知为剧毒品、致癌物质、具腐蚀性、可长 期积累中毒等。
1.2 高分子合成材料的种类
1.2.3 合成纤维 线型结构的高分子量合成树脂，经过适当方法纺丝得到的
纤维称为合成纤维。
高聚物合成工艺学演示文稿
第二章 生产单体的原料路线
工业生产的高聚物按其化学组成可按如下分类： (1)加聚型高聚物：α-烯烃聚合物；乙烯基聚合物，
二烯烃类聚合物等。 (2)逐步聚合型高聚物：聚酯，聚酰胺；聚醚；聚氨酯 类、有机硅聚合物、酚醛树脂、环氧树脂等。
第二章 生产单体的原料路线
单体的来源： 高分子合成材料广泛应用于各工业部门或作为日
煤炭是我国能源的 主要提供者
煤炭占 59.4~63.2%
煤炭占71% 13.9亿吨
煤炭占71% 16.03亿吨
24.66~32.80亿吨
2002
2003
2020
中国能源生产总量（以标准煤计）
第二章 生产单体的原料路线
高聚物单体合成路线的转变
国际趋势：
目前，我国正处在向石油化工路线转变的过程中……
第二章 生产单体的原料路线
催化裂解
目的:提高汽油的质量和产量
催化剂：硅酸铝，分子筛 （铝硅酸盐）
第二章 生产单体的原料路线
石油的催化重整
支链化:提高汽油质量 环化:生产芳烃 催化剂：Pt Re
第二章 生产单体的原料路线
石油经裂解、重整分离可以得到烯烃、丁二烯和芳 烃、苯、甲苯、二甲苯等。它们是重要的 基本有机原料， 而烯烃中的乙烯、丙烯和丁二烯，则又是重要的单体。 从这些基本有机原料 可以合成各种单体。从而得到各种 合成树脂与合成橡胶。
纤维素的典型反应
（1）经浓硝酸和浓硫酸处理可制成硝化纤维素。含氮量为 11.5％-13.6％的称为高氮硝化纤维，含氮量为13％的可用作 无烟火药．含氮量为10％-12.5％的称为低氮硝化纤维，含氮 量为11％的硝化纤维用来制作赛璐珞塑料，含氮量为12％的 用作涂料和照相底片。
高聚物合成工艺学总结
名词解释浊点：非离子表面活性剂被加热到一定温度，溶液由透明变为浑浊，出现此现象时的温度称为浊点，乳液聚合在浊点以下进行均缩聚：一种单体参加的缩聚反应共缩聚：均缩聚体系和混缩聚体系加入其它单体进行缩聚三相点:离子型乳化剂在一定温度下会同时存在乳化剂真溶液、胶束和固体乳化剂三相态，此温度点称三相点。
乳液聚合在三相点以上进行。
离子聚合：乙烯基单体，二烯烃单体以及一些杂环化合物在某些离子的作用下进行的聚合反应称之为离子聚合反应。
（单体在阳离子或阴离子作用下，活化为带正电荷或带负电荷的活性离子，再与单体连锁聚合形成高聚物的化学反应，统称为离子型聚合反应）配位聚合:是烯烃单体的碳-碳双键与引发剂活性中心的过渡元素原子的空轨道配位，然后发生位移使单体分子插入到金属-碳之间进行链增长的一类聚合反应。
混缩聚(异缩聚物)：两种单体参加的缩聚反应逐步加成聚合反应：某些单体分子的官能团可以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，这种反应称为逐步加成聚合反应。
扩链反应：预聚物通过末端活性基因的反应使分子相互连结而增大分子量的过程均相本体聚合：指生成的聚合物溶于单体（如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯）。
非均相本体聚合：指生成的聚合物不溶解在单体中，沉淀出来成为新的一相（如氯乙烯）。
HLB值：亲水亲油平衡值用来衡量乳化剂分子中亲水部分和亲油部分对其性质所做贡献大小的物理量。
HLB值越大表明亲水性越大；反之亲油性越大。
"临界胶束浓度"（CMC）：表面活性剂分子形成胶束时的最低浓度.从结构而言,疏水基团越大，则CMC值越小。
在烃基带有极性基团时，CMC值增大。
萃取精馏：是用来分离恒沸点混合物或组分挥发度相近的液体混合物的特殊精馏方法。
基本原理是，液体的混合物中加入较难挥发的第三组分溶剂，以增大液体混合物中各组分的挥发度的差异，使挥发度相对地变大的祖坟可以由精馏塔顶馏出，挥发度相对地变小的组分则与加入的溶剂在塔底流出。
高聚物合成工艺学
高分子合成工业
合成工业任务： 是将基本有机合成工业生产的单
体(小分子化合物)，经过聚合反应(包括缩聚反应等) 合成高分子化合物，从而为高分子合成材料成型工 业提供基本原料。基本有机合成工业、高分子合成 工业和高分子合成材料成型工业是密切相联系的三 个工业部门。 高分子合成材料的制备过程： 经过石油开采、石油 炼制、基本有机合成、高分子合成、高分子合成材 料成型等工业部门。
合成纤维—— 合成纤维：通常由线型高分子量合成树脂经熔融纺丝 或溶液纺丝制成。合成纤维中通常要加有少量消光剂、 防静电剂以及油剂等。消光剂的作用可以消除合成纤 维的光泽，一般为白色颜料如钛白粉，锌白粉等。油 剂的作用是增加纤维的柔性和饱合性。
1.2 高分子合成材料的特性和在国民
经济各部门中的应用
通用塑料： 通用塑料产量大，生产成本低，性能多样 化。主要用来生产日用品或一般工农业用材料。例如聚 氯乙烯塑料可制成人造革、塑料薄膜、泡沫塑料、耐化 学腐蚀用板材、电缆绝缘层等。
工程塑料： 工程塑料产量不大，成本较高，但具有优 良的机械强度或耐摩擦、耐热、耐化学腐蚀等特性。可 作为工程材料，制成轴承、齿轮等机械零件以代替金属、 陶瓷等。
20世纪
50年代以后：由于发现了由有机金属化合物和过渡 金属化合物组成的催化剂体系，可以容易地使烯烃、 二烯烃聚合为性能优良的高聚物，因此对原料烯烃、 二烯烃的需要量急增。许多以煤和粮食为原料的化工 产品纷纷转向石油路线进行生产，石油化学工业迅速 扩大增长。
20世纪——
解放后：逐渐建立了化学纤维工业、合成橡胶工业 和塑料工业。相继建成了若干大型石油化工基地， 如燕山、兰州、吉林、大庆、齐鲁、金山、仪征、 高桥、辽阳等。它们以石油裂解气为原料，已形成 了合成纤维工业、合成橡胶工业和合成树脂与塑料 工业的骨干企业，使我国高分子合成材料工业迅速 发展。
高聚物合成工艺学
合 成 高 分 子 材 料 的 主 要 过 程
第2章 高分子化合物的生产过程
高分子合成生产过程大体上可分为以下几个工序:
(1)原料准备与精制过程;
(2)催化剂(引发剂)配制过程;
(3)聚合反应过程；
(6)回收过程
(4)分离过程；
(5)聚合物后处理过程
此外三废处理和公用工程如供电、供气、供水等设备。
聚合物制造工艺过程举例
2.1 原料准备与精制过程
高分子合成工业的最主要原料是单体，其次是有些生产过程中需要加 入有机溶剂，都可能含有杂质可能对聚合反应产生不利影响(单体纯度 >99%)。 单体贮存注意： a. 防止单体与空气接触产生爆炸、产生过氧化物。 b. 提供可靠的措施，保证在任何情况下贮罐不会产生过高的压力，以 免贮罐爆破。贮存气体状态单体的贮罐应当是耐压容器。贮罐还应当 远离反应装置，以减少着火危险。 c. 防止有毒易燃的单体泄漏出贮罐、管道和泵等输送设备。 d. 防止单体贮存中发生自聚现象，必要时应当添加阻聚剂。使用时用 NaOH洗涤。
反应物料在反应初期都是易流动液体状态或气体。
高分子合成工业中聚合反应器中的物料形态可归纳为： (a)高粘度熔体(均相)—熔融缩聚、本体聚合 。 (b)高粘度溶液(均相)—自由基溶液聚合、离子及配位溶液聚合、溶液缩聚。 (c)固体微粒-液体分散体系(非均相)——自由基悬浮聚合、离子及配位溶液 聚合、溶液缩聚。 (d)胶体分散液(非均相)——自由基乳液聚合。 (e)粉状固体(非均相)——自由基本体聚合、离子配位本体聚合。 (f)固体制品(本体浇铸聚合)。
搅拌器
为使釜式聚合反应器中的传质、传热过程正常进行，聚合釜中必 须安装搅拌器。
螺轴式
螺带式
推进器式
高聚物合成工艺学资料
高聚物合成工艺学资料高聚物合成工艺学第一章高分子化合物生产过程(1) 原料准备与精制过程:包括单体、溶剂、去离子水等原料贮存、冼涤、精制、干燥、调整浓度等过程与设备。
(2) 催化剂(引发剂)配制过程:包括聚合用催化剂、引发剂和助剂的制造、溶解、贮存、调整浓度等过程与设备。
(3) 聚合反应过程:包括聚合和以聚合釜为中心的有关热交换设备及反应物料输送过程与设备。
(4) 分离过程:包括未反应单体的回收、脱除溶剂、催化剂、低聚合物等过程与设备。
(5) 聚合物后处理过程:包括聚合物的输送、干燥、造粒、均匀化、贮存、包装等过程与设备。
(6) 回收过程:主要是未反应单体和溶剂的回收与精制过程与设备。
第二章石油化工路线从轻柴油制取乙烯和丙烯轻柴油(b.p<350)----裂解物为乙烯、丙烯、C4馏分裂解特点: 750—820度热裂解、停留时间0.2-- 0.5秒，控制烃类裂解分压，以抑制副反应。
5. 精制过程:脱酸、除水、除炔。
分离过程:深冷分离法乙炔和乙烯合成其他单体和树脂路线见书31和35—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—维纶树脂第三章自由基聚合生产工艺引发剂的选择:(1)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。
(2)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。
(3)根据分解速度常数选择引发剂。
(4)根据分解活化能Ed选择引发剂。
(5)根据引发剂的半衰期，选择引发剂。
间歇法悬浮聚合时，反应时间应是引发剂半衰期的2倍以上。
若无适当的引发剂，则可用复合引发剂，复合引发剂的半衰期tmt0.5m[I]m1/2 = t0.5A[I]A1/2 + t0.5B[I]B1/2连续聚合中，应根据物料在反应器中的平均停留时间选择适当的引发剂，未分解的引发剂量与停留时间的关系用经验式计算:v = ln2/( t/τ+ln2)τ= t，则有40%未分解的引发剂带出反应器，τ= t/6，则有10%未分解的引发剂带出反应器。
高聚物合成工艺学绪论课件
探索高聚物在能源储存与转换、环境治理与修复等领域的应用， 为解决能源和环境问题提供解决方案。
THANKS
感谢观看
压力控制
聚合反应压力对反应速率和产物性能具有重要影响。压力波动可能 导致产品质量不稳定，因此需要保持恒定的反应压力。
原料和添加剂的控制
原料和添加剂的纯度和配比对高聚物的性能具有重要影响。通过严 格控制原料和添加剂的质量和配比，可以优化产品性能。
工业生产安全与环保
安全生产措施
高聚物合成工业生产过程中存在一定的安全风险，如火灾、 爆炸、中毒等。企业应采取有效的安全生产措施，如定期检 查设备、培训员工、制定应急预案等，确保生产安全。
循环利用与废弃物处理
优化生产过程中的废弃物处理和资源循环利用，降低生产过程中的 环境污染。
绿色溶剂与助剂
探索使用环保的溶剂和助剂，减少对环境的负面影响，实现绿色合 成。
高聚物合成工艺学的跨学科研究与应用
生物医学应用
将高聚物合成工艺学与生物医学领域相结合，开发新型生物医用 材料和器件。
电子信息产业
研究高聚物在电子器件、集成电路、柔性显示等领域的应用，推 动电子信息产业的发展。
产物干燥与储存
将纯化后的高聚物进行干 燥处理，并储存于干燥、 避光的环境中，防止其受 潮、氧化等影响。
04
高聚物合成的工业生产
工业生产设备与装置
聚合反应釜
聚合反应釜是高聚物合成工业生产中的核心设备，用于完 成聚合反应过程。其设计和制造需满足高温、高压、耐腐 蚀等要求，确保生产安全和稳定。
输送设备
重要性
高聚物合成工艺学是高分子科学领域 中的重要分支，对于推动高分子材料 的发展和应用具有重要意义。