聚合物制备工程第一章绪论2013

1、主讲教师：戴玉华 E-mail：课程简介课程简介l高分子合成材料概述高分子合成材料概述高分子化合物的生产过程高分子化合物的生产过程目的：目的： 通过本课程的学习，了解和掌握通用高分子品种通过本课程的学习，了解和掌握通用高分子品种的生产工艺路线，各种工艺流程的对比及特点，的生产工艺路线，各种工艺流程的对比及特点，以及原料的精制、单体和溶剂的回收等，初步了以及原料的精制、单体和溶剂的回收等，初步了解影响产品质量的控制因素，以及实施生产的主解影响产品质量的控制因素，以及实施生产的主要设备。并通过要设备。并通过PPPP气相本体聚合工艺流程的仿真气相本体聚合工艺流程的仿真模拟，熟悉操作系统，了解和掌握工

2、业装置的开、模拟，熟悉操作系统，了解和掌握工业装置的开、停车过程。停车过程。学习任务：学习任务：（1 1）高分子材料合成的原理；）高分子材料合成的原理；（2 2）工艺流程；）工艺流程；（3 3）影响因素及控制手段；）影响因素及控制手段；（4 4）工程设备；）工程设备；（5 5）工业生产过程的完善）工业生产过程的完善 制备制备工程工程理论部分理论部分第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 单体的生产工艺路线单体的生产工艺路线根据聚合根据聚合机理分类机理分类连锁连锁聚合聚合逐步逐步聚合聚合体系由单体、聚合物组成，体系由单体、聚合物组成，没有分子量递增的中间产物没有分子量递增的中间产物 体系中有分子量递

3、增的一系体系中有分子量递增的一系列中间产物，且能相互反应列中间产物，且能相互反应 第三、四、五、六、七、八章第三、四、五、六、七、八章课课程程体体系系第九章第九章 线性缩聚物生产工艺线性缩聚物生产工艺理论部分理论部分 连锁聚合连锁聚合需要活性中心，根据不同活性中心分为自需要活性中心，根据不同活性中心分为自由基、阴离子、阳离子聚合、配位离子聚合由基、阴离子、阳离子聚合、配位离子聚合 自由基聚合自由基聚合：本体聚合：高压聚乙烯、聚苯乙烯本体聚合：高压聚乙烯、聚苯乙烯 第三章第三章悬浮聚合：聚氯乙烯、聚苯乙烯悬浮聚合：聚氯乙烯、聚苯乙烯 第四章第四章乳液聚合：丁苯橡胶乳液聚合：丁苯橡胶 第五章第五章

4、溶液聚合：聚丙烯腈溶液聚合：聚丙烯腈 第六章第六章配位离子聚合配位离子聚合：BRBR、PPPP、HDPEHDPE 第七章第七章离离 子子 聚聚 合合 ：IIRIIR、SBSSBS 第八章第八章赵德仁赵德仁聚合物合成工艺学聚合物合成工艺学 化工出版社，化工出版社， 1996李克友李克友高分子合成原理及工艺学高分子合成原理及工艺学 科学出版社科学出版社 1999 张洋，马榴强合编张洋，马榴强合编 聚合物制备工程聚合物制备工程 中国轻工业出版社中国轻工业出版社 王久芬王久芬 高聚物合成工艺高聚物合成工艺 国防工业出版社国防工业出版社OTS操作员培训系统聚丙烯标准模型用户手册操作员培训系统聚丙烯标准模

5、型用户手册 北京华康达计算机应用技术有限公司北京华康达计算机应用技术有限公司 教学日历教学日历答答 疑：疑：周二下午周二下午35点，实验楼点，实验楼2414或或3408考考 试：试：17周周二周周二 6月月18号号 第三大节第三大节成绩评定成绩评定高高10123高高Z10平时成绩平时成绩3030理论部分（闭卷）理论部分（闭卷）4535实践（上机操作）实践（上机操作）2535一、高分子合成材料一、高分子合成材料1 什么是高分子合成材料？什么是高分子合成材料？即用人工合成的即用人工合成的高分子化合物高分子化合物经过加入各种填经过加入各种填料、添加剂等进一步加工成型制成的有机材料、添加剂等进一步加工

6、成型制成的有机材料，如合成纤维、合成橡胶、塑料等。料，如合成纤维、合成橡胶、塑料等。高分子化合物（聚合物）高分子化合物（聚合物）：由：由高分子高分子组成的化合物组成的化合物高分子高分子：由一种或几种结构单元以共价键重复连接：由一种或几种结构单元以共价键重复连接而成，且分子量很大的（几千到几百万）分子称而成，且分子量很大的（几千到几百万）分子称为高分子或大分子为高分子或大分子（1）分子量的多分散性）分子量的多分散性指高聚物分子量指高聚物分子量大小不均一的特性，高聚物的分子量为一大小不均一的特性，高聚物的分子量为一平均值。平均值。（2 2）具有独特的性能；）具有独特的性能；（3 3）加工成型方便；

7、）加工成型方便；（4 4）原料来源丰富，不受自然条件、气候、）原料来源丰富，不受自然条件、气候、位置的影响；位置的影响；（5 5）生产效率高。）生产效率高。 2 高分子化合物的特点：高分子化合物的特点：塑料农用薄膜塑料农用薄膜塑料温室，塑料温室，大棚，地膜等大棚，地膜等作物生长期缩短，不受季节作物生长期缩短，不受季节影响；影响；产量增加；产量增加；蔬菜供应得到保障蔬菜供应得到保障农用塑料大棚3 3 高分子合成材料的应用高分子合成材料的应用过去：三天打渔、两天晒网过去：三天打渔、两天晒网天然纤维渔网：天然纤维渔网：吸水性强，易发霉，易腐蚀吸水性强，易发霉，易腐蚀强度差，不透明强度差，不透明合成纤

8、维渔网：合成纤维渔网：不吸水，不会发霉，耐腐蚀不吸水，不会发霉，耐腐蚀强度高，透明或不透明强度高，透明或不透明劳动强度减轻劳动强度减轻产量增加产量增加用尼龙、聚甲醛等塑料制齿轮、活塞用尼龙、聚甲醛等塑料制齿轮、活塞摩擦系数小、自润滑性好，噪声小。摩擦系数小、自润滑性好，噪声小。随身听全塑机芯随身听全塑机芯织布车间织布车间玻璃钢玻璃钢耐老化耐老化二、高分子合成材料工业二、高分子合成材料工业基本有机基本有机合成工业合成工业高分子合成材料工业高分子合成材料工业高分子合高分子合成工业成工业高分子合高分子合成材料成成材料成型工业型工业基础原料基础原料单体单体 单体单体聚合物聚合物 高聚物高聚物高分子合高

9、分子合成材料成材料 原油原油炼制炼制 常减压常减压 裂解裂解乙烯乙烯丙烯丙烯C4裂解裂解汽油汽油丁二烯丁二烯抽提抽提轮轮胎胎基本有机合成工业基本有机合成工业高分子高分子合成工合成工业业高分子成高分子成型加工型加工顺丁顺丁橡胶橡胶助剂、助剂、硫化硫化 Cat.例如轮胎的生产例如轮胎的生产 高分子化合物的生产过程一般由以下六个工序组高分子化合物的生产过程一般由以下六个工序组成：成：原料的准备和精制、催化剂的配制、聚合、原料的准备和精制、催化剂的配制、聚合、分离、后处理和回收分离、后处理和回收。以上六个工序之间的关系是：以上六个工序之间的关系是： 原料的准原料的准备和精制备和精制聚合聚合分离分离后处

10、理后处理回收回收Cat.配制配制1 精制的目的：去除单体或溶剂中的杂质精制的目的：去除单体或溶剂中的杂质2杂质的影响：杂质的影响：产生阻聚作用或链转移，甚至不反应；产生阻聚作用或链转移，甚至不反应；使使Cat.Cat.中毒，失去催化作用；中毒，失去催化作用；产生有色付反应。产生有色付反应。原料的准原料的准备和精制备和精制聚合聚合分离分离后处理后处理回收回收Cat配制配制一、原料的准备和精制一、原料的准备和精制3 精制的方法：精馏，结晶，萃取，吸附精制的方法：精馏，结晶，萃取，吸附4 对原料的要求：对原料的要求： 纯度高，一般纯度高，一般99； 储存时应避免单体的自聚。储存时应避免单体的自聚。二

11、、二、Cat.配制配制1 Cat.配制的任务配制的任务Cat.Cat.浓度的配制，将浓度的配制，将Cat.Cat.稀释到一定浓度，保证稀释到一定浓度，保证安全、计量准确，满足聚合生产的需要；安全、计量准确，满足聚合生产的需要；Cat.Cat.陈化，多组分陈化，多组分Cat.Cat.在使用前必须进行陈化使在使用前必须进行陈化使Cat.具有活性具有活性。原料的准原料的准备和精制备和精制聚合聚合分离分离后处理后处理回收回收Cat.配制配制陈化（定义）：多组分陈化（定义）：多组分Cat.按一定顺序混合按一定顺序混合放置一段时间使放置一段时间使Cat.具有活性的过程称为具有活性的过程称为Cat.陈化。陈

12、化。 2 2 常用的引发剂常用的引发剂过氧化物引发剂（过氧化物引发剂（OO）: :发生均裂，发生均裂，得到两个得到两个O偶氮化合物偶氮化合物: :如如AIBNAIBN氧化还原引发体系：由主引发剂（氧化剂）氧化还原引发体系：由主引发剂（氧化剂）还原剂组成，可降低引发活化能，降低反还原剂组成，可降低引发活化能，降低反应温度，如乳液丁苯橡胶应温度，如乳液丁苯橡胶E ESBRSBR的引发体系的引发体系 无机过氧类引发剂，如过硫酸盐，无机过氧类引发剂，如过硫酸盐，K K2 2S S2 2O O8 8、（NHNH4 4）2 2S S2 2O O8 8 Cat.Cat.的特点：受热易分解爆炸的特点：受热易分

13、解爆炸 储存原则：小包装，低温储存，加适量溶剂储存原则：小包装，低温储存，加适量溶剂 稀释、降低其浓度稀释、降低其浓度 烷基过氧化氢烷基过氧化氢 ：ROOH 过氧化二烷基：过氧化二烷基：ROOR 过酸：如过氧乙酸过酸：如过氧乙酸 过酸酯：如过氧化苯甲酸叔丁酯过酸酯：如过氧化苯甲酸叔丁酯 过氧化二酰基：如过氧化二苯甲酰过氧化二酰基：如过氧化二苯甲酰BPO 过氧化碳酸二酯：如过氧化碳酸二异丙酯、过氧过氧化碳酸二酯：如过氧化碳酸二异丙酯、过氧化碳酸二环己酯化碳酸二环己酯 过氧化磺酰酯：过氧化乙酰基环己烷磺酰酯过氧化磺酰酯：过氧化乙酰基环己烷磺酰酯3 3 离子聚合常用的催化剂离子聚合常用的催化剂烷基金

14、属化合物，如正丁基锂；烷基金属化合物，如正丁基锂；过渡金属卤化物，如过渡金属卤化物，如TiCl4、TiCl3；路易斯酸，如路易斯酸，如AlCl3 Cat.的特点：易与水强烈反应发生爆炸、易氧化自燃的特点：易与水强烈反应发生爆炸、易氧化自燃 储存原则：用干燥储存原则：用干燥N2进行保护；储存区与生产区隔进行保护；储存区与生产区隔 离；用惰性溶剂稀释后使用离；用惰性溶剂稀释后使用三、聚合过程三、聚合过程1聚合反应的特点聚合反应的特点聚合反应均为放热反应，且聚合热比较大；聚合反应均为放热反应，且聚合热比较大；聚合产物的形态一般为固体、高粘度熔体或高聚合产物的形态一般为固体、高粘度熔体或高粘度溶液，使

15、精制提纯比较困难；粘度溶液，使精制提纯比较困难；产物是分子量不同、结构亦非完全相同的同系产物是分子量不同、结构亦非完全相同的同系物的混合物物的混合物 。原料的准原料的准备和精制备和精制聚合聚合分离分离后处理后处理回收回收Cat配制配制2聚合设备：是进行聚合反应的主要设备聚合设备：是进行聚合反应的主要设备（1）类型：管式、釜式、塔式，目前以釜式）类型：管式、釜式、塔式，目前以釜式和管式反应器最为普遍和管式反应器最为普遍釜式聚合反应器的结釜式聚合反应器的结构：构：（1）釜体；）釜体；（2）换热装置；）换热装置；（3）搅拌装置；）搅拌装置；（4）密封装置；）密封装置；（5）其它结构）其它结构（2 2

16、）聚合釜的撤热方式）聚合釜的撤热方式： 夹套；夹套； 内冷管（盘管）；内冷管（盘管）； 气相冷凝；气相冷凝； 物料釜外冷却循环；物料釜外冷却循环； 反应物料预冷反应物料预冷 2聚合设备聚合设备（3）搅拌装置：）搅拌装置： 搅拌的作用：搅动、混合、悬浮、分散搅拌的作用：搅动、混合、悬浮、分散 均相体系：传热均相体系：传热 非均相体系：传质和传热非均相体系：传质和传热搅拌器的构成：搅拌器的构成：搅拌轴、桨叶和联接件搅拌轴、桨叶和联接件几种典型搅拌器的结构示意图：几种典型搅拌器的结构示意图： 对不同的聚合反应体系，选用不同的搅拌形式对不同的聚合反应体系，选用不同的搅拌形式低粘度体系：桨式、涡轮式、推

17、进式搅拌器低粘度体系：桨式、涡轮式、推进式搅拌器高粘度体系：锚式、螺带式高粘度体系：锚式、螺带式3 生产不同牌号聚合物的控制方法生产不同牌号聚合物的控制方法（1）使用分子量调节剂（链转移剂）使用分子量调节剂（链转移剂CTA）（2）改变反应条件）改变反应条件T、P；（3）改变催化剂配方；）改变催化剂配方；（4）改变稳定剂、防老剂等添加剂的种类。）改变稳定剂、防老剂等添加剂的种类。4 聚合反应的实施方法：聚合反应的实施方法：自由基聚合：本体、乳液、悬浮、溶液自由基聚合：本体、乳液、悬浮、溶液离子聚合：本体、溶液聚合离子聚合：本体、溶液聚合5 聚合操作方式：聚合操作方式：连续（大部分反应），间歇连续

18、（大部分反应），间歇四、分离过程四、分离过程 将聚合物与未反应单体、反应介质进行分离，将聚合物与未反应单体、反应介质进行分离，分离过程依聚合方法的不同而不同，如闪蒸、分离过程依聚合方法的不同而不同，如闪蒸、汽提等方法。汽提等方法。原料的准原料的准备和精制备和精制聚合聚合分离分离后处理后处理回收回收Cat配制配制五、后处理五、后处理 ：合成树脂：干燥、造粒、均化、包装合成树脂：干燥、造粒、均化、包装合成橡胶：干燥、压块、包装合成橡胶：干燥、压块、包装 经干燥脱除水份和有机溶剂经干燥脱除水份和有机溶剂 干燥水分：用热空气作介质；干燥水分：用热空气作介质； 干燥溶剂：用热干燥溶剂：用热N2作介质，否则易着火作介质，否则易着火 原料的准原料的准备和精制备和