2015聚合物制备工程复习(下)

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• 发泡剂可在聚合初期或中途加入 • 中途加入工艺:在90℃进行聚合;成粒后, 压入戊烷,升温加压,进一步聚合和浸渍;聚 合结束后,经过一系列后处理,得到EPS
7. HIPS的本体聚合工艺;制备HIPS的关键要控制哪段过程, 相转变时相发生了什么变化? 在哪个阶段发生相转变? 本体法:
橡胶+苯乙烯 溶解 本体聚合物 挤出造粒 产品
甲醇 氧化 浓缩
二氧五环
合成三聚甲醛
催化剂
后处理
聚合
精炼
溶剂法工艺流程
分离
干燥
造粒
POM 三聚甲醛 二氧五环 催化剂 POM
双螺杆反应器
后处理
本体法工艺流程
造粒
干燥
分离
12. 举例说明聚碳酸酯的主要合成工艺及其特点。
间歇法 传统酯交换法
光气法 光气化法 连续法 溶液法 二步法
界面法
PC的合成路线 及工艺 光气或 非光气法 开环聚合法 固相缩聚法 非光气酯交换法 非光气界面缩聚法 双酚A(氧化)羰基化法 一步法
非光气法
光气法界面缩聚合成PC工艺流程框图
氢氧化钠水 溶液 双酚A 光 气 溶 剂
光 气 化 缩聚 反应
相分 离
碱 盐 溶 液 有机相 水洗 盐溶液 (原胶液) 分离 树脂液 (精胶液)
造粒
干燥
特点:
反应可在低温、水相-有机相物系中进行; 原料不需干燥,且对许多杂质并不敏感,易获得高分子量聚碳酸酯; 此外对于部分对高温敏感的酚类,可以采用界面缩聚进行反应。
8. 试简PVC悬浮聚合过程中产生粘釜的原因,并提出可能防 止粘釜的措施。影响PVC悬浮聚合颗粒特性的主要因素有哪 些?紧密型与疏松型颗粒的PVC有何差别?这些差别是如何 形成的?如何制备粒径分布是双峰分布的糊树脂?为何需要 双峰分布? 粘釜原因:
‹ 理因素: 物 釜内表面光洁度差、有划痕, 机械碰撞导致粘釜 化学因素: ‹ 自由基在器壁终止槽内的流 动状态 电的因素: ‹ 分子和离子产生的静电
6.聚苯乙烯悬浮聚合的成粒机理及其发泡聚苯乙烯聚合的生 产工艺过程
EPS生产 工艺过程:
二步法:一、将苯乙烯单体先聚合成一定
粒度的聚苯乙烯珠粒,经分级过筛合格粒径 后,二、再重新加水、乳化剂、发泡剂和其 他助剂于反应釜内,加热浸渍,制得可发性 聚苯乙烯珠粒产品。
• 一步法:与GGPS相同,仅仅多加发泡剂
HIPS基本生产工艺为: 首先将橡胶溶解在苯乙烯单体中,为了加快溶解速度,橡胶被粉碎成小块 并且捣碎。将溶解的胶液注入到反应器中,在加热并且搅拌的条件下依次 在不同的反应器中进行本体聚合。提纯后直接将聚合物造粒得成品。 由于橡胶的加入,使物料的黏度增大,因此,通过热交换、单体补加和变 速搅拌等方法增加传热速率,普遍被采用的方法是添加少量溶剂如乙苯或 甲苯。下面是国外高抗冲聚苯乙烯两种工艺介绍
原料消耗 产品特点
消耗定额较低 (1)高效催化剂;
(2)均聚产品具有高等规指数 和高刚性,做薄膜具有优良的光 学性能;做纤维具有好的可成型 性(尺寸稳定性)。此外,还可 以不经热降解而制得MI较高的产 品 (3)此工艺能够控制嵌段共聚 物中的均聚物和共聚物的数量组 成,共聚物组分分布的均匀性得 到改善,从而使冲击性和刚性得 以较好地平衡。
乙烯气相本体聚合的特点:P97~98
• • • • •
• 聚合热大:聚合热95kJ/mol • 聚合转化率较低:20%~30%乙烯循环使用 • 乙烯高压聚合的转化率低 • 链转移反应容易发生 • 以氧为引发剂时,存在压力与氧浓度的临界 值关系
2.高压聚乙烯(LDPE)本体聚合工艺主要过程及其生产主 要控制手段, 釜式和管式反应器对聚合物性能的影响?
相转变时相发生了什么变化? 在哪个阶段发生相转变?

在苯乙烯聚合体系中中加入聚丁二烯,使苯乙烯在聚丁二烯主链上接枝聚合 。聚苯乙烯和聚丁二烯是不相容的,因此苯乙烯和丁二烯链段分别聚集,产 生相分离。 随着反应进行,P S 增多,相体积急 剧增加,以分散相存在的倾向减少, 而橡胶相 体积减少,以连续相存在的倾向也下降 。当 两相体积接近时,在搅拌的作用下,P S 相由 小液滴碰撞成大液滴,进而变成连续相,而橡 胶相则被剪切分割成小液滴,这个过程称为 相转变。 用相差显微镜可以观察到两相的 状态变化,P s 相折射率高,在照片上看起来 发亮, 而橡胶相折射率
9. ABS可通过那几种生产工艺制备;采用乳液掺混法,其三 个关键工艺是什么?
• 主要生产工艺
乳液掺混法
• • • •
三大关键技术: • 主干胶乳合成:大粒径胶乳0.25μm以上 • 接枝聚合物合成:接枝聚合、接枝率 • SAN合成:共聚组成控制
三大关键技术
10. 举例常见工程塑料和特种工程塑料,并简单说明合成工 艺。
1.常见聚乙烯的主要品种及其合成原理、引发剂/催化剂特点、 分子结构特点及聚合工艺特点。 P97
• HDPE(High-density polyethylene)中、低压聚乙烯,中压聚乙烯是用载于 氧化硅-氧化铝上的氧化铬为催化剂,在106~170℃,2~4MPa的压力下使乙 烯聚合,低压聚乙烯是用AlEt3~TiCl4为催化剂,在数个兆帕的低压下使乙 烯聚合,都是采用配位聚合生产的聚乙烯密度较高。为线性结构有少量短支 链 • LDPE(Low-density polyethylene)高压聚乙烯:将乙烯压缩到150~250 MPa 的压力下用氧或过氧化物为引发剂在200℃左右经自由基聚合制得。其密 度较低。分子具有长短支链,分子量一般不超过5w。 • LLDPE(Linear low density polyethylene)乙烯-长链烯烃共聚物:一定 数量无规分布支链的线性低密度聚乙烯 • POE(Polyolefin elastomer)乙烯-辛烯共聚,弹性体
影响PVC悬浮聚合颗粒特性的主要因素有哪些? 紧密型与疏松型颗粒的PVC有何差别?这些差别是如何 形成的? 如何制备粒径分布是双峰分布的糊树脂?为何需要双峰 分布? • 影响PVC颗粒特性的因素:
• 紧密树脂:水油比1.2 • 疏松树脂:水油比1.6~2.0
获得疏松树脂转化率最多85%
主要:种子乳液聚合-制备双峰 分布糊树脂,具有优异的加工性 能
4.苯乙烯系树脂的种类及其聚合方法。
苯乙烯系树脂
聚合机理
自由基聚合 阴离子聚合 配位聚合 阳离子聚合
活性自由基聚合
各种嵌段聚合物 自由基聚合:GPPS、HIPS、EPS、ABS、SAN、ASA • 阳离子聚合:各种嵌段聚合物 • 阴离子聚合:K-resin、(超)高分子量PSt、SBS、SSBR、SIBR • 配位聚合(Z-N催化剂、茂金属催化剂):SPS、ES等 • 活性自由基聚合:各种嵌段聚合物
第四章 合成树脂与塑料复习
树脂:通常是指受热后有软化或熔融范围,软化时在外力作用下有流
动倾向,常温下是固态、半固态,有时也可以是液态的有机聚合物。 广义地讲,可以作为塑料制品加工原料的任何聚合物都称为树脂。 树脂包括天然树脂和合成树脂。天然树脂是指由自然界中动植物 分泌物所得的无定形有机物质,如松香、琥珀、虫胶等。合成树脂是 指由简单有机物经化学合成或某些天然产物经化学反应而得到的树脂 产物。 塑料:是指以树脂(或在加工过程中用单体直接聚合)为主要 成分,以增塑剂、填充剂、润滑剂,着色剂等添加剂为辅助成 分,在加工过程中能流动成型的材料。
防粘釜技术
釜内表面处理:抛光 • 添加助剂:水相阻聚剂 • 超高压水清釜 • 防粘釜涂布,配方不详。 涂布液必须要(1)与釜壁 附着性强,不易脱落;(2)具有亲水性能在壁面形成 水膜以阴碍单体与聚合物与壁面接近,作为亲水基团以OH、-NH2和NH为好;(3)具有捕捉游离功能,在壁面 阻聚。 • 齐鲁石化使用国产JP-01涂布液曾获得连续运转600釜 清一次釜的好成绩。
液相本体(H法) 催化剂 反应器及其 特点 PF4S
三井油化工艺中,液相反应器为 立式搅拌釜式反应器,气相反应 器为带扩径的流化床反应器。从 液相反应器到气相反应器时,利 用气相反应的反应热使液体丙烯 汽化,减少了能耗。
气相本体(A法) CD催化剂
液相-气相混合(S法)
Amoco/Chisso工艺独特的 环管反应器的特点:传热系 反应器为卧式圆柱形压力容 数大;单位体积的产率高; 单 器,在轴向设有搅拌器。反 程转化率高; 流速快。因此 应器带内部挡板及混合叶片, 可使聚合物淤浆搅拌均匀, 并由固定挡板分为若干区域, 催化剂体系分布均匀,聚合 相当于几个串联的全混反应 质量均一,而且不容易产生 器,这提供了一种近似于活 热点,不容易粘壁;反应条 塞流型的流动方式,使反应 件较易控制;结构简单,材 器内的催化剂与丙烯接触更 质要求低,可用低温碳钢制 加充分,在反应器内停留时 造。 间趋于相同,避免了催化剂 走短路
5. 聚苯乙烯的本体聚合工艺主要过程及其生产主要控制手段 ?试分析聚苯乙烯本体聚合后期升高温度对产物分子量及其 分布的影响。
主要控制条件:P79~80
• • • • • • 单体纯度 聚合反应速率 粘度和反应热 转化率 相对分子质量与反应温度 惰性气体保护 优点:转化率接近100%,不必进行脱 挥发份处理。 缺点:为了提高转化率,聚合最后阶段 温度高达220°C,聚合过程温度变化 大,分子量分布宽。(P80 )
主要控制手段:(P99)
•压力:一般150~200MPa,压力增大密度 增大 • 温度:聚合速率、支化度、端乙烯基含 量、物料相态,分子量及其分布 • 引发剂:氧、有机过氧化物 • 链转移剂:丙烷、氢气 • 乙烯纯度:杂质越多相对分子量越低
釜式和管式反应器对聚合物性能的影响 (P103~104)
釜式 管式
聚合开始时,胶液为均一的连续相 ,称为 橡胶相,聚合生成的均聚物溶解于橡胶相 中,由于溶解性差,达一定转化率时就会 饱和析出并在其周围形成聚苯乙烯溶液, 称为聚苯乙烯相( P S 相),并开始相分离。 此时 P S 相体积很小,以微滴状分散于 橡胶相中,形成油一油相乳状液( P O O )。由于接枝物存在于两相界面上 ,所 以P O O 非常稳定,很难分开 。
工程塑ຫໍສະໝຸດ Baidu:
• 聚甲醛POM • 聚碳酸酯 Polycarbonates • 聚苯醚PPO • 聚酰亚胺
特种工程塑料:
• • • • • • • • 有氟塑料 聚酰亚胺(PI) 、 聚醚醚酮(PEEK) 聚苯硫醚(PPS) 聚芳砜(PSF) 聚芳醚砜(PES) 液晶聚合物(LCP) 耐高温尼龙
11. 如何实现聚甲醛的稳定?聚甲醛的主要制备工艺有哪几 种?
消耗定额较低
产品的物理性能优异,光泽 (1)产品应用范围很广, 度控制可高可低,可广泛应 可用于挤出、热成型、膜片、 用于注模、胶片、挤压模塑、 铸膜、纤维、吹模、注模。 板材、胶带、纤维和硬质包 (2)产品有防热、防老化、 装等。气相法工艺不存在溶 防静电、高透明、防结块等 剂的溶解或溶胀问题,所以 特点。 最适于生产含有乙丙橡胶相 (3)产品的MI、挠曲模量、 的嵌段共聚产品。 屈服强度都可在较宽范围内 调整。
聚甲醛的解聚反应:
封端法:用化学方 法改变半缩醛端基 而阻断解聚反应的 方法。
酯化封端
醚化封端
共聚法:引入另一种单体共聚, 从而改变大分子主链结构,提 高热稳定性 共聚单体:二氧五环; 目的:提高热稳定性
• 聚甲醛可由三聚甲醛经溶液聚合、本体聚合、辐射聚合或气相聚 合后,再用酯化或醚化等方法,使端基封闭,造粒而得。
3.聚丙烯催化剂经历了几代的发展?每一代催化剂特点及聚 合效果?每次催化剂的重大发展,对聚丙烯聚合工艺过程产 生了何种影响?聚合工艺特点?
溶液法、溶剂法(淤浆法)、液相本体和气相本体 (P93~96)
• 第一代聚合工艺:淤浆法(溶液聚合),必须分离无规均聚聚丙烯 APP; • 第二代聚合工艺:(a) Solvent polymerization(b) Bulk polymerization (polymerized in liquefied propylene, instead of solvent) ;催化剂活性提 高 • 第三代催化剂:氯化镁负载Z-N高效催化剂,包括液相、液相-气相、 气相本体工艺 • 第四代:高效催化剂、茂金属催化剂、后过渡金属催化剂
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