高聚物合成工艺学习题

第一章绪论1.塑料、合成橡胶和合成纤维被称为三大合成材料。

2.高分子合成材料可分为塑料、合成橡胶、合成纤维、涂料和粘合剂等。

3.五大通用塑料是聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和ABS树脂。

4.五大工程塑料是聚酰胺（尼龙）、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚和热塑性聚酯。

5.三大合成纤维是聚酯纤维（涤纶纤维）、聚丙烯腈纤维（腈纶纤维）和聚酰胺纤维（绵纶或尼龙纤维）。

6.塑料的原料是合成树脂和添加剂（助剂）。

7.高分子合成材料最主要的原料是合成树脂和合成橡胶。

8.合成橡胶制造橡胶制品时加入硫化剂的作用是使线形合成橡胶分子变成松散的交联结构9.塑料生产中稳定剂的作用是防止成型过程中高聚物受热分解或老化。

润滑剂的作用是在高聚物成型过程中附着于材料表面以防止粘着模具，并增加流动性。

10.大型高分子合成生产装置的过程可分为：原料准备及精制、催化剂配制、聚合反应、分离、聚合物后处理、溶剂回收等。

核心是聚合反应过程。

11.根据反应机理不同，高分子聚合反应可分为连锁聚合和逐步聚合；根据单体和产物组成和结构的不同可分为加聚反应和缩聚反应。

绝大多数烯烃加聚反应属于连锁聚合，而缩聚反应为逐步聚合。

12.加聚反应可分为自由基聚合和离子聚合及配位聚合反应。

13.自由基聚合的实施方法主要为本体聚合、乳液聚合、悬浮聚合和溶液聚合。

14.离子聚合及配位聚合反应实施方法本体聚合、溶液聚合和淤浆聚合。

15.缩聚反应实施方法熔融缩聚、溶液缩聚、界面缩聚、固相缩聚。

16.高分子合成工业的任务是将简单的有机化合物，经聚合反应使之合成为高分子化合物。

17.高分子化合物生产流程评价的内容包括：生产方式、产品性能、原料路线、能量消耗与利用、生产技术水平考查。

18.废旧塑料回收利用的方式及其特点。

作为材料再生循环利用：再处理后降级使用；作为化学品循环利用：降解，高温裂解或催化裂解；作为能源回收利用：粉碎作燃料第二章生产单体的原料路线1.石油是生产重要基本有机化工原料乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯（通称“三烯三苯”）的原料。

2.石油裂解气经分离可得到乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯；石油炼制产生的液体经加氢催化重整可转化为芳烃，萃取分离可得苯、甲苯、二甲苯等。

3.煤焦油经分离可得苯、甲苯、苯酚等。

4.轻柴油裂解渴生产乙烯和丙烯。

5.石油裂解炉出口设置急冷锅炉的目的是终止烯烃二次反应，防止烯烃产量降低，同时防止结焦生炭堵塞炉管。

6.石油裂解气精致分离的方法有：深冷分离、吸收法、吸附分离法、络合物分离法。

7.芳烃提取常用溶剂为含水的二甲亚砜溶液或环丁砜溶液。

8.石油炼制和液态烃高温裂解过程中会产生容易液化的C4组分，作为制取丁二烯的原料。

轻柴油裂解产物主要是丁烯和丁二烯，丁烷很少，炼厂气中不含丁二烯，主要是丁烷和丁烯。

9.一般精馏法不能从裂解气中抽取丁二烯，而是采用萃取精馏法。

溶剂主要有：二甲基甲酰胺、乙腈、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮。

10.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。

其原理为：向恒沸点或挥发度相近的液体混合物中加入较难挥发的第三组分溶剂，以增大各组分挥发度差异，使相对挥发度变大的组分可从精馏塔顶部馏出，变小的组分随溶剂从塔底流出，实现分离。

11.典型塑料、合成橡胶的单体：乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯。

12.煤中的有机物主要有C、H、O、及少量N、S、P等元素。

13.分子结构随煤化程度的加深越来越复杂。

以芳核结构为主，还具有烷基侧链和含氧、氮、硫的基团，近似组成为(C135H97O9NS)n。

14.煤转化的途径包括：气化、液化和焦化15.煤气化是一个热化学过程，指以氧气、水蒸汽或氢气等为气化介质（气化剂），在高温条件下，通过化学反应把煤或煤焦（半焦）中的可燃部分转化为气体的过程。

所得气体称为煤气包括CO、H2和CH4。

16.液化是煤转化为液态产物（包括芳烃、烷烃、脂肪烃等油品）的过程。

液化目的是将煤转化为发动机燃料和化工原料。

有两个途径：直接液化和间接液化。

17.直接液化是高温高压下，煤与氢气反应转化液体油类的过程。

产品有芳烃、环烷烃及部分脂肪烃化合物。

18.间接液化指使煤气化生成合成气（CO+H2），再由合成气合成液体燃料或化学品的过程。

产品主要是脂肪烃化合物。

19.煤的干馏：即热分解或热解，指煤在隔绝空气条件下加热至较高温度，发生一系列物理变化和化学反应的复杂过程。

20.煤热解产物：煤气、焦油及半焦或焦炭。

其中煤焦油和焦炭是有机化工原料的主要来源。

21.炼焦（高温干馏）：煤在焦炉内隔绝空气加热到1000℃，可获得焦炭、化学产品和煤气。

22.利用一定压力下气体中各组分的沸点不同，采用低温分离法可实现炼焦煤气的分离。

具体操作：逐级冷却，使煤气中各组分依次液化，冷凝温度高的组分先冷凝成液体，冷凝温度低的后冷凝。

23.煤焦油分离方法有：蒸馏、萃取、结晶等，主产品：苯、甲苯、二甲苯、萘、酚及同系物、蒽、菲、咔唑、各种油类及沥青。

24.电石法生产乙炔的反应原理：CaC2 + H2O →C2H2 + Ca(OH)2。

25.天然气的主要成分为CH4；少量其它烷烃（C<7）、非烃气体N2、CO2、H2S、H2、H e，硫醇、硫醚等；微量的烯烃、环烷烃、芳香烃；有害成份：多硫化氢等。

第三章自由基聚合生产工艺1.自由基聚合反应的特点a整个聚合过程分为链引发、链增长、链终止，各步反应速率和活化能相差很大b高分子瞬间形成，并产品的相对分子质量不随时间变化c体系内始终由单体和高聚物组成，产物不能分离d反应连锁进行，转化率随时间的延长而增加e反应是不可逆的。

基元反应及反应特征一般表达式：链引发：I →2R•（初级自由基；吸热，反应速率小）反应特征：慢引发、快增长、速终止聚合物相对分子量、单体转化率与时间的关系？2.引发剂：容易分解产生自由基，并能引发单体聚合的物质引发剂的种类（举例）：偶氮类引发剂：偶偶氮二异丁腈、有机过氧化物：烷基过氧化氢、无机过氧化物：过硫酸钾、氧化还原引发体系：过氧化氢—亚铁盐引发剂的半衰期：指引发剂分解至起始浓度一般时所需的时间。

不同温度下引发剂半衰期的计算：t1/2=ln2/kd=0.693/k d=0.693/A d e-Ed/RT3.乳液聚合和水溶液聚合采用水溶性引发剂，本体、悬浮和有机溶液聚合采用油溶性引发剂。

4.如何选择自由基聚合的引发剂:据聚合实施方法，从溶解度角度确定引发剂类型；据聚合温度选择半衰期适当的引发剂，使聚合时间合理；据聚合釜传热能力，确保温控和防爆聚前提下，尽量选高活性引发剂（相同条件分解速率快）；从操作控制的角度，尽量选择复合型引发剂；半衰期：t1/2m[Im]1/2 = t1/2A[IA]1/2 + t1/2B[IB]1/2;不能与反应体系中除单体以外的其它成分发生反应；安全、易得、廉价5.在搅拌均匀的反应器中，应使引发剂半衰期与停留时间满足τ= t/6，这样有10%为分解引发剂带出反应器，最为经济合理。

6.一般来说，聚合温度升高，自由基聚合产物平均分子量降低；引发剂浓度升高，分子量降低；无链转移时，单体浓度提高，分子量增加；链转移反应导致分子量降低。

7.分子量调节剂:起控制或调解分子量大小作用的链转移剂（小分子或大分子）。

链转移对聚合物的平均聚合度有何影响DP0越大，链转移项影响越显著→需高分子量避免链转移；Cs<<1，无控制、调节分子量的作用→选用Ktr>Ks的化合物作分子量调节剂；Cs越大，其用量越少；Cs一定，聚合度由[S]/[M]决定，而转化率增加，比值减小→反应中应根据产品要求补加链转移剂；“50%转化率”：链转移剂消耗50%时单体转化率U1/2=100（1-0.51/Cs）；溶液聚合中，C溶剂<<1，[溶剂]>[单体]，须考虑向溶剂转移→产物分子量较其它方法小。

工业上应选择链转移反应速率常数K tr > 链增长反应速率常数K p的化合物作为分子量调节剂。

8.LDPE生产中用丙烷、丙烯、乙烷或H2作链转移剂，控制分子量。

丁苯橡胶生产中以硫醇控制分子量。

9.自由基聚合生产中控制产物平均分子量的手段是严格控制引发剂用量，严格控制反应温度在一定范围内和其他反应条件，选择适当的分子量调节剂并严格控制其用量10.聚氯乙烯生产中主要是向单体的链转移，故生产中依靠控制反应温度控制产品平均分子量。

11.何谓自动加速现象当自由基聚合到达中期后，随转化率增加，聚合速率自动加快的现象。

产生的原因是由于凝胶效应和沉淀效应使链自由基的终止速率受到抑制，链重排由于粘度增大而难以进行，链终止速率常数大大降低，从而使聚合速率加快。

后果是体系粘度迅速增大，出现凝胶效应12.工业生产采用本体聚合方法生产的有：高压聚乙烯LDPE（气相本体聚合）、聚苯乙烯PS（熔融本体聚合）、聚氯乙烯PVC（非均相本体聚合）、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA（本体浇铸聚合）。

13.本体聚合的特点聚合过程无其它反应介质，产品纯度高；工艺简单，设备少，无回收工序；放热反应，放热量较其它聚合方法大，散热是关键；生产速度快，反应温度难恒定，产品分子量分布宽；自动加速现象严重，易产生凝胶效应，阻碍单体完全反应。

本体聚合的场所: 本体内。

反应过程温度难以控制，故产品分子量分布较宽。

14.悬浮聚合的概念:借助机械搅拌和分散剂的作用, 使单体以小液滴（直径1～10-3cm）悬浮在分散介质中进行的自由基聚合。

体系组成:单体（助剂）、引发剂、水（阻聚剂）、分散剂。

聚合场所：单体液滴内部、聚合过程危险期：聚合中期。

优点:反应热易移出，温度易控，产品质量稳定、纯度较高；产物相对分子质量较高，粒径可控；工艺与技术成熟，安全、简单、生产成本低。

缺点: 附有少量分散剂残留物；只能间歇生产，难于连续生产。

悬浮聚合分散剂一般作用是防止已被剪切分散的单体液滴和聚合物颗粒重新聚集。

分散剂的种类：水溶性高分子（0.05-0.2%）明胶、淀粉、纤维素衍生物、聚乙烯醇、两性或中性共聚物；非水溶性无机粉末：高分散性CaCO3、MgCO3、AlOH等（0.1-0.5%）。

作用机理：保护胶类分散剂的作用在于当两液滴相互接近到可能产生凝结的距离时，两液滴之间的水分子被排出而形成了高分子薄膜层，从而阻止了两液滴凝结，或两个相互靠近的液滴之间的液体薄层移动延缓，以致在临界凝结的瞬间内两液滴不能发生凝结。

作为保护胶的高分子化合物被液滴表面吸附而产生定向排列，大分子中亲油链段与单体液滴表面结合，而亲水链段则伸展在水中，因而产生空间位阻。

无机粉状分散剂是存在于水相中的粉末状物当两液滴相互靠近时，水分被挤出，粉末在单体液滴表面形成隔离层从而防止了液滴的凝结。

影响悬浮聚合产物粒子大小及形态的因素：增加搅拌强度，粒径减小；分散剂用量越大，粒径越小；水/单体比增加，粒径减小，颗粒越疏松，但生产能力低，水/单体比减少，粒径增加，易结块，不利于传热。