高分子合成原理与工艺学

第一章绪论

5. 开发新产品或新工艺的步骤和需注意的问题有哪些？

答：首先要了解材料应用的技术要求，提出聚合物的性能要求，根据性能要求明确聚合物分子组成及分子结构，然后拟定聚合配方及工艺措施，科学地解决合成性能及结构关系。

应注意高分子合成、结构及性能的关系；合成反应的理论和方法。

第二章生产单体的原料路线

1.简述高分子合成材料的基本原料（即三烯、三苯、乙炔）的来源。

答:石油化工路线、煤炭路线、其他原料路线

3.如何由石油原料制得芳烃？并写出其中的主要化学反应及工艺过程。

答：用全馏程石脑油（沸点<200°C的直馏汽油——由原油经常压法直接蒸馏得到的汽油）于管式炉中，820°C下裂解产生。

5.简述从三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）、三苯（苯、甲苯、二甲苯），乙炔出发制备高分子材料的主要单体合成路线（可用方程式或图表表示，并注明基本工艺条件）。答：乙烯～聚乙烯、乙丙橡胶；丙烯～聚丙烯、聚氯丙烯；

苯～聚苯乙烯、聚碳酸酯；丁二烯～顺丁橡胶、ABS树脂；

甲苯～硝化～二硝基甲苯～二氨基甲苯～甲苯二异氰酸酯+多元醇～聚氨基甲酸酯

6.如何由煤炭路线及石油化工路线生产氯乙烯单体？

（1）石油化工路线：原油经炼制得到石脑油、煤油和柴油等馏分和炼厂气。以此为原料进行高温热裂解可得到裂解气和裂解轻油。裂解气经分离精制可得到乙烯、丙烯、丁烯和丁二烯等。

氧氯化法： 4CH2 CH2 + 2Cl 2 + O2 ——4 C2H3Cl + 2H2O

（2）煤炭路线：煤炭经炼焦得煤气、氨、煤焦油和焦炭，焦炭与石灰石在高温炉中高温加热得到电石（CaC2），电石与 H2O 反应得到乙炔。

乙炔合成法：C2H2 + HCl ——C2H3Cl

8.试述合成高分子材料所用单体的主要性能，在贮存、运输过程中以及在使用时应注意哪些问题？

答:主要性能:能够发生聚合反应的单体分子应当含有两个或两个以上能够发生聚合反应的活性官能团或原子,仅含有两个聚合活性官能度的单体可以生成高分子量的线形结构高分子化合物,分子中含有两个以上聚合活性官能度的单体则要求生产分子量低的具有反应活性的聚合物。

1）防止与空气接触产生易爆炸的混合物或产生过氧化物

2）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,以免贮罐爆炸

3）防止有毒易燃的单体泄露出贮罐管道泵等输送设备

4）防止单体贮存过程发生自聚现象,必要时添加阻聚剂

5）贮罐应当远离反应装置以减少着火危险

6)为防止贮罐内进入空气，高沸点单体的贮罐应当采用氮气保护.为防止单体受热后产生自聚现象,单体贮罐应当防止阳光照射并且采取隔热措施;或安装冷却水管,必要时进行冷却。

第三章游离基本体聚合生产工艺

1.自由基聚合过程中反应速度和聚合物分子量与哪些因素有关？工艺过程中如何调节？

答:影响因素:聚合反应温度,引发剂浓度,单体浓度,链转剂种类和用量。

反应温度的升高,所得聚合物的平均分子量降低；严格控制引发剂用量,一般仅为千分之几；严格控制反应温度在一定范围内以及其他反应条件;选择适当的分子量调节剂并严格控制其用量,由于聚合物品种的不同,采用的控制手段可能各有侧重,如PVC生产中主要定向单体转移,而速度与温度无关。

5.举例说明在自由基聚合过程中，调节剂，阻聚剂，缓聚剂的作用。

调节剂：种类很多，用来控制反应的时间，速率，pH值等各种条件。

阻聚剂：阻聚剂可以防止聚合作用的进行，在聚合过程中产生诱导期（即聚合速度为零的一段时间），诱导期的长短与阻聚剂含量成正比，阻聚剂消耗完后，诱导期结束，即按无阻聚剂存在时的正常速度进行。

缓聚剂：能迅速与游离基作用，减慢或抑制不希望有的化学反应物质，用于延长某些单体和树脂的贮存期。

7.以乙烯的本体聚合为例，说明本体聚合的特点。

答：乙烯气相本体聚合具有以下特点：（1）聚合热大；（2）聚合转化率较低；（3）基于乙烯高压聚合的转化率较低，即链终止反应非常容易发生，因此聚合物的平均分子量小；（4）乙烯高温高压聚合，链转移反应容易发生；（5）以氧为引发剂时，存在着一个压力和氧浓度的临界值关系。

12.聚乙烯的主要用途有哪些、可以采用哪些方法改进它的性能，开发新用途。

答：聚乙烯综合性能优异，卫生性好，因此广泛应用于各个工业部门和日常生活用品。主要用于食品包装、工业品包装、化学药品包装、农用膜和建筑用膜等。

可通过控制压力，加入添加剂，通稀有气体，辐射等来改进他的性能。

14.试述聚苯乙烯和有机玻璃的优缺点及改性方向。

答:St:尺寸稳定性好,收缩率好吸湿性低,高折光率,易着色,导热系数随温度变化而变化,具有良好的介电性能和绝缘性,力学性能优异,耐碱、盐酸、磷酸、硼酸等,易燃烧,易发生静电,但不耐硝酸,不溶于非极性烷烃,但易溶于苯,甲苯,二甲苯中,耐候性差,易发生脆化。

改性方向:高抗冲击性（加入弹性体）,可发性PS（加入发泡剂）,与其他单体进行共聚,有AS AAS MBS ABS 等。

PMMA:高透明性,无毒无味,且耐候性良好,优异的无传导性,具有独特的电性能,耐电弧性及不漏电性能好。缺点:力学性能中等,表面硬度低,易被划伤,具有一定的脆性。

改性:采用MMA与丁二烯共聚,具有表面硬度高,抗冲击性好,MMA与a-甲基苯乙烯共聚,具有很好的加工成型性。

第四章游离基悬浮聚合生产工艺

3. 悬浮聚合与本体聚合相比有哪些特点？

答:1)以水为分散介质,价廉,不需回收,安全,易分离。

2）悬浮聚合体系粘度低,温度易控制。

3）颗粒形态较大,可以制成不同粒径的粒子

4）需要一定的机械搅拌和分散剂

5）产品不如本体聚合纯净

9. 悬浮聚合中主要的物系组成及其作用？

答:物系组成:悬浮聚合是多相聚合体系,其中聚合体系由单体分散相（简单单体相）和水连续相（水相）组成.

单体相主要由单体和引发剂组成,必要时还有调节剂和其他一些特定的配合剂.单体作为反应原料，引发剂诱导使反应进行.其他组分如调节剂,发泡剂等用来调节性能.

水溶液相主要由水,分散剂及其他助剂所组成.用来对水相控制酸碱度,硬度,氯离子含量及机械杂质等.

14. 简述PVC 悬浮聚合工艺过程。

答:首先将去离子水,分散剂及除引发剂以外的各种助剂,经计量后加于聚合反应釜中,然后加剂量的氯乙烯单体,升温至规定的温度.加入引发剂溶液或分散液,聚合反应随时开始,夹套同低温水进行冷却,在聚合反应激烈阶段应通5C以下的低温水,严格控制反应温度波动不超过正负0.2C.当反应釜压力下降至规定值后结束反应,方法为链终止剂,然后进入单体回收,干燥,筛选出去大颗粒后,包装得产品.

第五章游离基乳液聚合生产工艺

1. 试述乳液聚合的物系组成及其作用。

答:单体:聚合物单体材料—原材料。

水:比热大,易于清楚反应热,降低体系粘度,构成连续相,使液滴分散,溶解引发剂,pH调节剂等。

乳化剂:使单体在乳状液中稳定,使单体在胶术中增溶,使聚合物粒子稳定,增加聚合物稳定性,对乳液聚合起脆化作用,形成产生链转移或阻聚作用。

引发体系:在一定条件下分解产生自由基,从而引发反应。

3. 乳状液与悬浮液有什么不同？怎样破乳？

答：乳状液的分散剂是液体，分散质也是液体。悬浮液的分散剂是液体，分散质却是固体。工业上常采用在胶乳中加入电解质并且改变pH值。其他方法：机械破乳、低温冷冻破乳、稀释破乳。

17. 氯乙烯、丙烯酸酯乳液聚合与丁苯橡胶的乳液聚合有何区别？

答：加入引发剂、水、乳化剂的时间顺序不同。丁苯橡胶采用冷法进行乳液聚合，引发剂为氧化还原体系，聚合温度必须严格控制在5+0.5℃范围内。氯乙烯采用种子聚合法。丙烯酸酯采用半连续聚合法。

20. 有哪些高分子物是采用乳液聚合工艺来合成？说明它们的主要性能和用途。

答：丁苯橡胶、聚氯乙稀糊（树脂）、聚丙烯酸酯共聚物（涂料表面处理剂，粘合剂）

(1)丁苯橡胶：具有较好的综合性能，其物理机械性能、加工性能和制品使用性能都与天然橡胶接近，其中耐磨、耐热、耐自然老化、气密性、永久变形和硫化速度等性能优于天然橡胶，只是抗撕裂强度、耐寒性和回弹性等较天然橡胶差。能通过塑炼、混炼、压延与压出硫化工艺加工制成各型橡胶制品，因此在汽车、电器、制鞋等行业已获得了广泛的应用。

(2)丁腈橡胶：耐热性能优于天然胶、顺丁、丁苯及氯丁胶；生胶强度不高，加工时必须加入补强剂；脆性温度比氯丁胶、丁苯胶高；在电场中易极化，降低介电性能，属半导体胶；气密性较好。主要用于耐油橡胶制品；制得性能优良的粘合剂，以及纺织、印刷、建筑上用胶制品。

(3)氯丁橡胶：耐油、耐候性好，耐化学稳定性好；硫调节的稳定性差，要在低温贮存，