聚合物讲义合成工艺
聚合物合成工艺-第1章
蒸馏 精馏
1.3聚合物合成工艺评价
产品性能 技术成熟度
产品适应性与牌号多寡 能否可靠稳定进行规模化工业生产
能耗与综合利用 技术经济性
三废排放与治理 操作安全性
节能评价 投资、成本 环境影响评价 安全性评价
高分子合成工艺的研究内容
工艺配方优化-原料与配比 合成条件 关键生产设备 工艺控制原理与技术 产品性能的优化途径
2005年我国五大合成树脂进口来源分布
五大合成树脂 聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS
我国大陆高分子材料工业面临的竞争
高分子合成的工艺过程
高分子化合物的合成途径 大品种 自动化程度高 设备先进
烯烃单体
自由基聚合 离子与配位聚合 （链式聚合）
聚合物 合成
活性单体
逐步聚合
聚合物
化学改性
高分子合成的典型工艺过程 －链式聚合反应工艺过程
原料准备与精制过程－单体制造过程
催化剂（引发剂）的配制过程
聚合过程
分离过程
后处理过程 回收过程
六个过 程
1.2.1原料准备与精制过程
包括：单体、溶剂（去离子水）等原料的贮存、 精制、浓度调整等内容。
聚合反应过程对单体、溶剂等的纯度要求高
杂质、阻聚剂等会造成阻聚、链转移反应 介质中的杂质：对产品的色泽、外观、性能、反应过
1.1.2发展简史
1840年前 天然材料的处理和加工，如桐油、生漆的加工和应 用。
1840～1900年半合成材料出现 如天然橡胶的硫化、赛璐珞
（樟脑增塑的硝化纤维塑料）生产等。
20世纪初出现真正意义上的合成材料 如发明酚醛塑料。
1925～1935年 Staudinger，Carothers, Flory等建立 “高分 子科学”。
聚合物合成工艺学教案
聚合物合成工艺学教案第一章：聚合物合成概述1.1 教学目标了解聚合物的概念、分类和特性掌握聚合反应的基本类型和机理了解聚合物的制备方法和工艺流程1.2 教学内容聚合物的概念、分类和特性聚合反应的基本类型和机理聚合物的制备方法：自由基聚合、离子聚合、配位聚合等聚合物的工艺流程：单体选择、反应条件控制、分子量调控等1.3 教学方法采用多媒体教学，展示聚合物结构和性质实例分析，介绍常见聚合物的制备方法和工艺流程开展小组讨论，探讨聚合反应机理和工艺优化方法第二章：自由基聚合2.1 教学目标掌握自由基聚合的原理和动力学了解自由基聚合的引发剂和终止剂掌握自由基聚合的工艺条件和调控方法2.2 教学内容自由基聚合的原理和动力学自由基聚合的引发剂和终止剂自由基聚合的工艺条件：温度、压力、单体浓度等自由基聚合的调控方法：分子量、分子量分布、聚合物组成等2.3 教学方法采用案例分析，介绍自由基聚合的实际应用开展实验操作，掌握自由基聚合的工艺条件和调控方法进行小组讨论，探讨自由基聚合的优缺点和应用前景第三章：离子聚合3.1 教学目标了解离子聚合的原理和特点掌握离子聚合的反应条件和调控方法了解离子聚合的应用领域3.2 教学内容离子聚合的原理和特点离子聚合的反应条件：温度、压力、单体浓度等离子聚合的调控方法：分子量、分子量分布、聚合物组成等离子聚合的应用领域：轮胎、电缆、医疗等3.3 教学方法采用实例分析，介绍离子聚合的实际应用开展实验操作，掌握离子聚合的反应条件和调控方法进行小组讨论，探讨离子聚合的优缺点和应用前景第四章：配位聚合了解配位聚合的原理和特点掌握配位聚合的反应条件和调控方法了解配位聚合的应用领域4.2 教学内容配位聚合的原理和特点配位聚合的反应条件：温度、压力、单体浓度等配位聚合的调控方法：分子量、分子量分布、聚合物组成等配位聚合的应用领域：聚合物薄膜、纳米材料等4.3 教学方法采用案例分析，介绍配位聚合的实际应用开展实验操作，掌握配位聚合的反应条件和调控方法进行小组讨论，探讨配位聚合的优缺点和应用前景第五章：聚合物结构与性能关系5.1 教学目标了解聚合物结构对性能的影响掌握聚合物性能的测试方法和评价指标了解聚合物结构与性能关系的应用领域5.2 教学内容聚合物结构对性能的影响：分子量、分子量分布、分子结构等聚合物性能的测试方法：物理力学性能、热性能、电性能等聚合物结构与性能关系的应用领域：材料设计、功能材料等采用实例分析，介绍聚合物结构与性能关系的实际应用开展实验操作，掌握聚合物性能的测试方法和评价指标进行小组讨论，探讨聚合物结构与性能关系的优缺点和应用前景第六章：聚合物合成工艺的优化与控制6.1 教学目标理解聚合反应过程中的质量守恒和能量守恒原理学习聚合反应过程中的温度、压力、流量等参数的控制方法掌握聚合反应过程中的产品质量分析和控制策略6.2 教学内容聚合反应过程中的质量守恒和能量守恒原理聚合反应装置及其操作原理：反应釜、换热器、压缩机等聚合反应过程中的参数控制：温度、压力、流量等聚合反应过程中的产品质量分析：分子量、分子量分布、纯度等6.3 教学方法采用模拟操作，演示聚合反应过程中的参数控制方法开展实验操作，练习聚合反应过程中的产品质量分析技巧进行小组讨论，探讨聚合反应过程中的优化与控制策略第七章：聚合物合成安全与环保7.1 教学目标理解聚合反应过程中的安全风险及防控措施学习聚合反应过程中的环保要求和执行标准掌握聚合反应过程中的安全事故应急处理方法7.2 教学内容聚合反应过程中的安全风险：化学品的毒性、火灾爆炸风险等聚合反应过程中的环保要求：废水、废气、固体废物的处理聚合反应过程中的安全事故应急处理：事故报告、救援措施等7.3 教学方法采用案例分析，介绍聚合反应过程中的安全事故实例开展实验操作，练习聚合反应过程中的安全事故应急处理方法进行小组讨论，探讨聚合反应过程中的安全与环保措施第八章：聚合物合成新技术与发展趋势8.1 教学目标了解聚合物合成领域的新技术：生物催化、纳米催化剂等掌握聚合物合成领域的新进展：可持续发展、绿色合成等熟悉聚合物合成领域的发展趋势：功能化、高性能化等8.2 教学内容聚合物合成领域的新技术：生物催化、纳米催化剂等聚合物合成领域的新进展：可持续发展、绿色合成等聚合物合成领域的发展趋势：功能化、高性能化等8.3 教学方法采用文献调研，了解聚合物合成领域的新技术和发展趋势开展小组讨论，探讨聚合物合成领域的新技术和新进展的应用前景进行课堂报告，分享聚合物合成领域的发展趋势研究成果第九章：聚合物合成工艺实例分析9.1 教学目标学习聚合物合成工艺的案例分析方法掌握聚合物合成工艺的优化和控制技巧培养解决聚合物合成工艺实际问题的能力9.2 教学内容聚合物合成工艺案例：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等聚合物合成工艺的优化：反应条件、设备选型等聚合物合成工艺的控制：产品质量、安全环保等9.3 教学方法采用案例分析，讨论聚合物合成工艺的优缺点和改进措施开展实验操作，练习聚合物合成工艺的优化和控制技巧进行小组讨论，提出解决聚合物合成工艺实际问题的方案第十章：聚合物合成工艺的工业化应用10.1 教学目标理解聚合物合成工艺在工业生产中的重要性和应用领域学习聚合物合成工艺的工业化生产技术和设备掌握聚合物合成工艺的工业化应用发展趋势10.2 教学内容聚合物合成工艺在工业生产中的应用领域：塑料、橡胶、纤维等聚合物合成工艺的工业化生产技术：反应釜、挤压机、纺丝机等聚合物合成工艺的工业化应用发展趋势：高性能、功能化、绿色化等10.3 教学方法采用实地考察，了解聚合物合成工艺的工业化生产设备和应用领域开展小组讨论，探讨聚合物合成工艺的工业化应用发展趋势及挑战进行课堂报告，分享聚合物合成工艺的工业化应用研究成果重点和难点解析重点环节一：聚合物的概念、分类和特性重点环节二：聚合反应的基本类型和机理重点环节三：聚合物的制备方法重点环节四：聚合物的工艺流程重点环节五：聚合物结构与性能关系重点环节六：聚合反应过程中的质量守恒和能量守恒原理重点环节七：聚合反应过程中的参数控制方法重点环节八：聚合反应过程中的产品质量分析重点环节九：聚合反应过程中的安全与环保重点环节十：聚合反应工艺的工业化应用本教案围绕聚合物合成工艺学的基本概念、反应机理、制备方法、工艺流程、结构与性能关系、工艺控制和安全环保等多个方面进行了详细的介绍。
聚合物合成工艺-讲解
? ①反应式 ? ? ②VC气相合成
CaC 2+H2O
HC≡CH+Ca(OH) 2
HC≡CH+HCl
CH 2＝CHCl
乙炔与干燥的 HCl在气体混合器中混合，然
后进入转化器（转化器为列管式固定床反应器，内部装有吸
附了HgCl2的活性碳颗粒）。 ? 洗涤 反应生成的 VC气体含有未反应的 HCl、C2H2和副产物
反应难以控制。 ? 通常的配比 1.0～2.5 ：1 ? VC悬浮聚合 1.5～2.5 ：1 ? St低温聚合 1.4～1.6 ：1 ? St高温聚合 2.8～3.0 ：1
4.4悬浮聚合的工艺控制
? 4.4.3聚合温度
? 对下列参数等有重要影响
? 反应速率 ? 产物分子量 ? 产物的微观结构 ? 反应过程 ? 分散剂的分散效果
pH5～8.5
? 分散剂
分为主、辅分散剂
? 主分散剂
控制颗粒的大小，即粒径，主要采
用PVA或纤维素的醚类（ HEC、HEPC等）
? 辅助分散剂 是用来调整或控制产物的孔隙率
（吸油率），其成分为乳化剂，如脱水山梨醇单月
桂酸酯。
主要原材料（续）
? 引发剂
? 主要为偶氮类或过氧类，根据牌号和厂家不同，品种区
和1799型（DP1700～2000，醇解度85～99）
? SMA钠盐（苯乙烯-马来酸酐共聚物的钠盐） ? 聚丙烯酸钠 ? 环氧乙烷－环氧丙烷共聚物 ? 水溶性聚合物的分散作用机理
? 聚合物中含有两亲性基团，在聚合物或单体液滴的表面 形成保护液膜。其中，亲水基团朝向水相，亲油基团朝 向液滴。
分散剂及其种类
合），在聚合状态下呈液体状态。
? 助剂 ? 引发剂―要求为油溶性引发剂 ? 分子量调节剂（链转移剂） ? 发泡剂（如EPS），如丁烷、戊烷、己烷
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.
?
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。
高聚物合成工艺学讲义(PPT 86页)
(3)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。加有少量消光剂、防静电剂以及油剂等，
合成纤维的纺丝过程
第二节 高分子合成材料的品种和特性
1. 塑料
塑料是以合成树脂为基本成分，它是在加工过程中可塑制成一 定形状，而产品最后能保持形状不变的材料。
它具有质轻、绝缘、耐腐蚀、美观、制品形式多样化等优点。 其主要缺点是绝大多数塑料制品易燃烧，在长期使用过程中发 生老化现象。
50年代以后，Ziegler-Natta 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，同时由于石油化学工业的建立与发展， 高分子合成材料的产量激增。
1994年，全世界三大合成材料的产量超过1.4×104万吨，按体积 计算超过钢铁。
合成高聚物的主要用途
第三节 高分子合成的内容
在保证优质、高产、低消耗的条件下应考 虑以下几个问题： 1、工艺实施方法的选择 2、操作方式与聚合设备 3、工艺流程设计 4、最佳工艺条件的确定 5、工艺流程评价 6、生产工艺的改革
1、工艺实施方法的选择
高分子化合物工业生产中同一种聚合物可以用几种不同的聚合 方法进行生产。聚合方法的选择取决于聚合物性质。相同性能 的产品，产品质量好，设备投资少，生产成本低的方法将得到 发展。其他方法则逐渐被淘汰。
合 成 高 分 子 材 料 的 主 要 过 程
6. 高分子合成材科成型加工工业简介
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）。
聚合物合成工艺学
2. 高分子合成生产过程(1)原料准备与精制过程：包括单体、溶剂、去离子水等原料的贮存、洗涤、精制、干燥、调整浓度等过程相设备。
(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，脱除低聚物等过程与设备。
(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及设备。
此外三废处理和公用工程如供电、供气、供水等设备。
第五节高分子合成工业的三废处理与安全1. 三废来源和处理废气主要来自气态和易挥发单体积有机溶剂或单体合成过程中使用的气体。
单体污染大气的途径大致有以下方面：a.生产装置密闭性不够而造成泄漏；b.清釜操作中或生产间歇中聚合釜内残存的单体浓度过高；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。
第一节国土资源与聚合物生产的原料聚合物生产的主要原料为有机化合物，它主要来源于各种资源，如石油、天然气、煤炭和各种动植物。
单体原料来源路线为：石油化工路线、煤炭路线和其它原料路线；我国石油探明储量约940亿t，占世界第8位。
天然气储量38万亿m3居世界第16位。
煤炭储量为7650亿t，占世界第3位。
对中国“地大物博”的概念重新加以认识，随着矿产开发年代推移、深度的增加、品位下降，2000年以后我国部分矿产将呈现下降趋势。
矿产资源是不可再生的。
1. 石油的组成石油主要存在于地球表面以下的一种有气味的从黄色到黑色的粘稠液体。
主要为碳、氢两种元素所组成的各种烃类混合物，并含有少量的含氮、含硫、含氧化合物。
根据所含主要碳氢化合物类别，原油可分为石蜡基石油、环烷基石油、芳香基石油以及混合基石油。
2014聚合物合成工艺讲义PS
基本概念：熔融指数、等规度 分子量：平均20～30万。 分子量与熔融指数的关系。 牌号命名的依据。 比重：0.9～0.91，是常见树脂中最轻的。
应用：聚丙烯主要用于生产编制制品、薄膜制品、注 塑制品、纺织制品等，是人们生活当中应用最广泛的 一种塑料原料。
拉丝制品
薄膜制品
注塑制品
注塑制品（续）
纤维制品
管材制品
聚合原理及产品用途
聚丙烯是重要的合成材料之一，用途广泛
纤维
聚合原理及产品用途
聚丙烯是重要的合成材料之一，用途广泛
薄膜
聚合原理及产品用途
聚丙烯是重要的合成材料之一，用途广泛
保险杠
仪表板、防擦条
聚合原理及产品用途
聚丙烯是重要的合成材料之一，用途广泛
我国消化吸收环管工艺技术，自行设计了多套规模为7万t/a的 PP装置，包括武汉石化、荆门炼油总厂。
环管法大型装置： 上海石化 20万t/a；茂名石化 30万t/a；镇海炼化 20万t/a； 绍兴石化 30万t/a。 在建项目：
天津石化 45万t/a；抚顺石化 30万t/a；武汉石化 40万t/a。
2 釜式工艺 日本三井油化公司
丙烯 1963年，获Nobel化学奖
二、聚丙烯发展历程（续）
1957年，意大利的Montecatini公司建立了第一套 5000吨/年的聚丙烯装置。
1957年，美国赫格里斯(Herculess)建立一套9000吨/ 年聚丙烯的生产装置。
其他实现工业化生产的国家：西德(1958)、法国 (1960)、日本(1962) 。
9.2 聚丙烯 Polypropylene (PP)
9.2.1 概述
PP有等规、间规、无规三种立体异构物。 工业生产的PP要求等规PP含量在95%以上。称PP）是由丙烯聚合而成的一种热 塑性塑料