聚合反应实施方法1

第二章聚合反应的工业实施方法

第一节连锁聚合反应的工业实施方法

工业实施方法主要有:本体聚合、悬浮聚合、溶液聚合、乳液聚合等。

一、本体聚合——适用于自由基、离子型聚合反应

1.定义：在不加溶剂或分散介质情况下，只有单体本身在引发剂（有时也不加）或光、热、辐射的作用下进行聚合反应的一种方法。

基本组成：单体、引发剂。有时也加入增塑剂、抗氧剂、紫外线吸收剂和色料等。

2.分类

（1）根据单体与聚合物相互混溶的情况可分为：均相、非均相聚合（或沉淀聚合）两种。

均相聚合反应：凡单体与所形成的聚合物能相互混溶，在聚合过程中无分相现象发生的反应。

沉淀聚合反应：单体与所形成的聚合物不能相互混溶，在聚合过程中，聚合物逐渐沉析出来的反应。

（2）根据参加反应的单体的状态，可分为气相、液相、固相本体聚合，其中液相本体聚合应用最广泛。

（3）工业上分，间歇法、连续法。

3.特点：

（1）聚合方法简单，生产速度快，产品纯度高，设备少。

（2）易产生局部过热，致使产品变色，发生气泡甚至爆聚。

（3）反应温度不易恒定，所以反应产物的相对分子质量分散性较大。

（4）产品容易老化。

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4.主要产品：

PS树脂、PMMA树脂、PE树脂、PVC树脂等。

5.主要影响因素：

（1）单体的聚合热

会放出大量的热量，如何排除是生产中的第一个关键问题。

工业生产中：一般采用两段式聚合

第一段在较大的聚合釜中进行，控制10%～40%以下转化率；第二

段进行薄层（如板状）聚合或以较慢的速度进行。

（2）聚合产物的出料

是本体聚合的第二个问题，控制不好不但会影响产品的质量，还会造成生产事故。

解决办法：根据产品特性，选出料方式

浇铸脱模制板材或型材，

熔融体挤出造粒，

粉状出料。

6.优点；产物纯净，适于生产板材、型材等透明制品，也可生产电绝缘材料和医用材料。

7.应用：实验室研究（如单体聚合能力、动力学研究、竟聚率测定。

二、溶液聚合

1.定义：将单体和引发剂溶解于适当溶剂中进行聚合反应的一种方法。

基本组成→单体、引发剂、溶剂

2.类型：

（1）根据溶剂与单体和聚合物相互混溶的情况分为：均相、非均相溶液聚合（或沉淀聚合）两种。

均相聚合反应：凡溶剂与单体和聚合物能相互混溶，得到的产物为高聚物溶液

（此溶液可以直接用作油漆、涂料），将此溶液注入高聚物的非溶剂中，高聚物即可沉析出来，经过过滤、洗涤、干燥得到最终产品。

沉淀聚合：溶剂仅能溶解单体而不能溶解聚合物的，这时所生成的聚合物呈细小的悬浮体不断从溶液中析出，经过滤、洗涤、干燥可得最终产品。

（2）根据聚合机理可分为：自由基溶液聚合、离子型溶液聚合和配位溶液聚合。

3.溶液聚合的特点：

（1）原料纯度要求严格。

（2）反应容易控制；

（3）聚合物相对分子质量比较均匀；

（4）易实现连续化生产。

（5）聚合后，分离、回收、后处理复杂。

4.溶剂对溶液聚合的影响

（1）对自由基溶液聚合的影响：

对引发剂有无诱导分解反应发生；

溶剂对聚合物的溶解能力大小，对凝胶效应的影响

常见溶剂：芳烃、烷烃、醇类、醚类、胺类等有机溶剂和水等。

（2）对离子型、配位型溶液聚合的影响：

不能选择水、醇、酸等具有氢质子的溶剂，以防止破坏引发剂的活性；

考虑对增长离子对紧密程度和活性的影响

考虑向溶剂的链转移大小；

考虑对引发剂及产物的溶解能力。

选择：烷烃、芳烃、二氧六环、四氢呋喃、二甲基甲酰胺等。

三、悬浮聚合

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1.定义：将不溶于水的，溶有引发剂的单体，利用强烈的机械搅拌以小液滴的形式，分散在溶有分散剂的水相介质中，完成聚合反应的一种方法。

2.基本组成：单体、水、分散剂（悬浮剂）、引发剂

3.聚合场所：每个小液滴内，是一种微型化的本体聚合。

4.用途：聚氯乙烯、聚苯乙烯、离子交换树脂、聚（甲基）丙烯酸酯类、聚醋酸乙烯酯及它们的共聚物等。

5.特点：

（1）工业生产技术路线成熟、方法简单、成本低；

（2）产品质量稳定、纯度较高；

（3）易移出反应热、操作安全、温度容易控制；

（4）产物粒径可以控制；

（5）只能间歇操作，而不宜连续操作。

6.悬浮聚合的组成

基本组成为：单体、引发剂、分散剂和水。

单体（或油）相水相

（1）单体相

一般：油性单体、引发剂组成，有时也加入其他物质。

1）单体

油性单体（非水溶性），必须处于液态。

气态→加压；结晶性→熔融。

2）引发剂

一般：根据单体和工艺条件在油溶性的偶氮类和有机氧化物中选择单一型或复合型引发剂。

3）其他组分

根据需要，在单体中加入链转移剂、发泡剂、溶胀剂或致孔剂、热稳定剂、紫外光吸收剂等。

（2）水相

是影响悬浮聚合成粒机理和颗粒特性的主要因素。

组成→水、分散剂和其他成分。

1）水

去离子的软化水。

作用：保持单体呈液滴状，起分散作用；

作为传热介质。

2）分散剂

作用：降低表面张力，帮助单体分散成液滴；

在液滴表面形成保护膜，防止液滴（或粒子）粘并；

防止出现结块危险。

类型：非水溶性无机粉末、水溶性高分子

①水溶性高分子：一般用量约为单体的0.05%～0.2%

分散机理→吸附在单位液滴表面，形成一层保护膜，起保护胶

体的作用；同时，使液滴变小。

②非水溶性无机粉未一般用量约为单体的0.1%～0.5%

分散机理→起机械隔离的作用。

3）其他组分

无机盐、pH值调节剂和防粘釜剂等。

7.单体液滴与聚合物粒子的形成过程

（1）单体液滴的形成过程

（2）聚合物粒子的形成过程

在悬浮聚合过程中搅拌的作用是使单体分散为液滴的必要条件，而分散剂的

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