聚合物合成原理和工艺课件

高分子合成原理与工艺学

（复习课）通用工程塑料：长期使用温度在100-150℃的塑料。包括：PA（聚酰胺）、PC（聚碳酸酯）、POM（聚甲醛、聚氧化甲撑）、PPO（聚苯醚）、PBT（聚对苯二甲酸丁二醇脂）、PET（聚对苯二甲酸乙二醇脂）Chapter1工程塑料(EngineeringPlastics)：一般是指能在较宽温度范围内和较长使用时间，保持优良性能，并能承受应力作为结构材料使用的一类塑料。

通常采用评价工程塑料的耐热性来分类，可划分为两大类。特种工程塑料：长期使用温度在150℃以上的塑料。包括：PPS（聚苯硫醚）、PI（聚酰亚胺）、PSF（聚砜）、PEEK（聚醚醚酮）、PAR（聚芳脂）、PHB（多羟基丁酸脂）、TLCP（向温性液晶聚合物）、PTFE（聚四氟乙烯）。

按聚合物的物理状态，工程塑料可分为结晶型和无定型两类。结晶型工程塑料：PA、POM、PBT、PET、PPS、PHB、PEEK、iPP、氟塑料等；无定型工程塑料：PC、PPO、PAR、PSF家用电器：电视机音响器材、电冰箱及洗衣机的零件及外壳都是塑料制品。液晶显示器。

合成橡胶:丁苯、顺丁、异戊、异丙胶、丁基胶、丁腈胶、氯丁胶。特种胶：硅橡胶、氟橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶、氯醇橡胶、聚硫橡胶等等

工程塑料合金化技术：IPN技术、原位复合技术、反应增容技术以及接枝共聚和嵌段共聚技术等方法高分子材料分子设计中提出的对新合成材料的性能要求，对性能起决定作用的是高分子的微观结构。

高分子的微观结构包括：分子量及其分布；高分子的一次、二次、三次及高次结构；大分子上官能团、链节组成等.这些微观结构的变化直接影响高分子的一系列性能。

微观结构对高分子的聚集体的综合物性的变化起关键性的作用

大分子的一次结构是由合成反应的条件决定的。分子量的大小及分布、分子链节的组成、分子链的基团及活性官能团、大分子空间立体结构等是由合成的配方、组成、催化剂及反应条件所控制的。大分子的一次结构又对二次、三次及高次结构及物性起决定性的作用。

高分子的力学性能包括：强度、抗压、抗撕裂、抗冲、永久变形、曲挠等技术性能，都与大分子链的结构有关。

一般而言，分子量大的强度就高；交联的、结晶的，强度高；分子间相互作用力大，有极性基团的大分子强度高。普通材料的变形主要是由内能变化所引起的，高弹性变形内能不是主要的，是由于它的构象熵的改变所产生的耐低温性能对某些高分子材料是重要的，从分子结构看，增加分子的柔性，Tg值下降，二烯类弹性体、硅橡胶等的分子链柔性好，具有较好的弹性，玻璃化温度低。

高分子的流变性能与温度也有关系，当分子量大小相同，支链数相同，流动的粘度主要决定于温度的变化通过分子设计，制得合乎要求的高分子，主要是通过合成反应使生成的高分子的结构、组成及物性达到设计的目的

分子设计的关键：合成反应的机理、条件及实施方法，因为合成反应的结果决定了分子的组成、接枝的效率及物性。配位聚合

定向聚合的核心问题：催化剂体系的研究。优点：制得的高聚物具有立构规整结构Chapter2自由基聚合:当前许多重要的高分子材料，如HPPE、PVC、PS、PMMA、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯腈、氯丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶及ABS树脂等都是采用自由基聚合反应而成。

自由基聚合常用乙烯基单体，乙烯基单体常是一取代和1,1-二取代乙烯（？）本体聚合反应中要解决的主要问题是：单体聚合时强烈的放热与聚合体系散热矛盾。（1）使反应进行到一定转化率就分离出聚合物；（2）采用较低的反应温度、较低浓度的引发剂进行聚合；（3）将聚合过程分步进行，控制“自动加速效应”，使放热均匀；（4）强化聚合设备的传热；（5）采用紫外光或辐射引发聚合，降低反应温度，利于热的传递。由于反应体系粘度大，分子扩散困难，所以形成的聚合物分子量分布变宽。

为什么高压聚乙烯比低压聚乙烯的密度低？聚合物结构有何差异？聚合机理有何不同？低密度聚乙烯的结构是怎样产生的？

低密度聚乙烯的生产工艺有釜式法和管式法两种。

高压聚乙烯流程分5个部分：乙烯压缩、引发剂配制和注入、聚合、聚合物与反应的乙烯分离、挤出和后处理（包括脱气、混合、包装、贮存等）

本体聚合按参加参加单体的相态可分为气相和液相两种。气相本体聚合中最成熟的是LLDPE的生产。

2.T影响

在一定温度范围内，聚合反应和聚合物产率随温度的升高而升高，当超过一定值后，聚合物产率、分子量及密度则降低.?此外，支化反应加快，导致产物的长支链及短支链数目增加，产物密度降低；另外，大分子链末端的乙烯基含量也有所增加，降低产品的抗老化能力。TV但V链转移增加比V链增长更快M相应降低，即MIChapter3悬

浮

聚

合

悬

浮

聚

合：通过强烈的机械搅拌作用使不溶于水的单体或多种单体的混合物成为液滴状分散于一种悬浮介质中进行聚合反应的方法。搅拌强度、分散剂的保护和分散能力以及聚合温度均对初级粒子和聚集体的堆砌情况有较大影响，它们是影响颗粒形貌的重要因素。

已实现工业化生产的有：PVC、PS、PMMA、（甲基）丙烯酸酯共聚合物等。可用下途径使分散体系得到稳定和保护：

（1）加入某种物质以形成珠滴的保护层（膜）；

（2）增大水相介质的粘度，使珠滴间发生凝聚时的阻力增加；（3）调整水相-单体界面间的界面张力，加强单体液滴维持自身原有形状的能力；

（4）减少水和粘稠状珠滴的密度差，即使珠滴易于分散悬浮。半沉降周期t1/2(min)来评价分散剂的细度或分散液的稳定性。

悬浮聚合工艺控制因素

:单体纯度、水油比、聚合反应温度、聚合反应时间、聚合反应压力、聚合装置（包括聚合釜传热、粘釜及清釜）等对聚合过程及产品质量都有影响，

将分散液倒入100ml量筒内，使其体积恰好到100ml刻度，然后静置，观察清液-浑浊液界面下移情况，当清液界面降到50ml刻度的时间即为t1/2。在悬浮聚合中，为缩短聚合周期，可采用高效引发剂或复合引发剂；改善聚合釜的传热，加快升温和强化冷却过程；提高单体纯度，减少杂质和阻聚剂含量；采用预聚浆的本体—悬浮聚合；聚合反应釜多次抽真空和充氮，排除反应系统中的氧等措施。

在悬浮聚合中，为缩短聚合周期，可采用以下措施：产生的影响：粘釜物将在釜壁上形成垢层，使釜壁导热系数降低；当树脂中混入粘釜物后，加工时不易塑化，在制品中则呈现为透明的细小粒子（生产中常称为“鱼眼”），“鱼眼”会影响产品质量。

自动加速现象

“扩链剂”：是指分子内具有双反应性官能团的物质。

常用的扩链剂有：苯二甲酸二烯丙酯、二乙烯基苯、苯二甲酸二烯丙酯聚合物、双酚A改性聚乙二醇二烯丙酯等

乳化剂的增溶作用

丁苯橡胶（SBR）的生产

耐磨性能优良，用于制作轮胎胎面、胶带等制品。

主要性能控制指标：共聚物组成和门尼粘度。门尼粘度主要受P共聚组成、分子量、分子量分布及分子结构的影响。

为了达到控制P共聚组成和门尼粘度的目的，可通过控制单体转化率和聚合反应温度来实现。

调聚反应

调节剂

目的：控制产物的分子量，常常需要加入调节剂。类型：许多含硫和卤素的化合物都可作为调节剂，而硫醇是工业上最常用的调节剂。

Chapter5溶液聚合

自由基溶液聚合的特征是链转移反应。

调聚反应：利用一些物质的转移作用生成很低分子量聚合物（调聚物或低聚物）的反应。调聚反应：当聚合反应体系满足条件Kp<<Ktr，Ka=Kp时，聚合速率不变，但聚合物分子量较小，只能获得低聚物，这种聚合反应称为调聚反应。

PVAL合成聚丙烯酰胺具有优异的絮凝作用和降低流体的阻力等功能。Def:将单体溶解于溶剂中进行聚合的方法称为溶液聚合。Chapter6离子型聚合原理及工艺

阳离子聚合：阳离子聚合反应：活性中心是正离子的连锁聚合反应。

高分子合成工业中，阳离子聚合往往采用低固含量的溶液聚合方法及原料和产物多级冷凝的低温聚合工艺。阳离子聚合体系具有动力学链不终止采用此法并大规模工业化的产品有：丁基橡胶和聚异丁烯、POM、氯化聚醚等要求单体的特性：单体必须是亲核性，易与质子（阳离子）相结合而被引发。

由于阳离子聚合反应的活性中心是一个正离子，所以单体必须是亲核性的电子给予体。如：

①双键上带有强供电子取代基的α-烯烃；②具有共轭效应基团的单体；③含O、N杂原子的不饱和化合物或环状化合物（甲醛、四氢呋喃、乙烯基醚、环戊二烯）等.由于H负离子或碳正离子转移将导致分子内重排，是阳离子聚合的一个特点。

诱导效应以及供电子基的影响

齐聚物:单体经聚合反应生成分子量不太高的产物

溶剂化（作用）：溶液中，溶质分子或离子强烈地吸引相邻的溶剂分子，形成复合分子集团的现象。

离子型聚合与自由基聚合之间有本质的区别：

许多阳离子聚合，向单体转移是终止聚合物链的主要方式。为什么会随着单体中异戊二烯含量增加，聚合速度、转化率和分子量均会降低呢？

随着聚合T的提高，P的分子量直线下降。丁基橡胶阴离子聚合：以负离子为增长活性中心而进行的链式加成聚合反应。阴离子聚合体系的核心：作为引发剂的各种亲核试剂。活性聚合物反应：是无终止的聚合反应，即当单体消耗完后，活性中心仍然存在，若再加入单体可继续发生聚合。

热塑性弹性体（thermoplasticelastomers,TPE）：在常温下显示橡胶的弹性，高温下又能够塑化成型的材料。SBS合成化学反应方程式：合成SBS热塑性弹性体的主要方法有：

①双官能团催化剂经二步法合成

②偶联法

③用单官能团催化剂经三步或二步法合成

④合成端羟基聚苯乙烯和端羧基聚苯乙烯的方法：

无规试剂

溶聚丁苯的生产工艺

聚合反应的关键：传热和搅拌

Chapter7配位聚合

Ziegler-Natta催化剂

：指由周期系Ⅳ～Ⅷ族过渡金属化合物（主要是卤化物）和Ⅰ～Ⅲ族金属有机化合物所组成的络合催化剂。配位聚合（配位离子聚合，插入聚合）。是指单体分子首先在活性种的空位上配位，形成某种形式的络合物（常称σ-π络合物），随后单体分子相继插入过渡金属-烷基键（Mt-R）中进行增长所进行的聚合反应。对单体具有选择性

目前适用于聚合的单体还仅局限于α-烯烃或二烯烃只宜选用脂肪烃、芳香烃类的溶剂。

Chapter8缩聚反应原理及工艺学

缩聚反应的实施方法：工业上广泛采用的有熔融缩聚、溶液缩聚、界面缩聚等，另外，乳液缩聚和固相缩聚也在不断地发展和应用。

PET，PA-66，PA-6，PBT,PI的合成（从单体开始，条件）界面缩聚：利用高反应活性的单体在互不相溶的两种液体界面处迅速进行的非均相缩聚反应。

固相缩聚：使单体在固态下进行缩聚的方法。它属于均相缩聚。

Chapter9酚醛树脂及其改性

热塑性酚醛树脂的合成

甲阶树脂（Resoles）

压塑粉

乙阶树脂（B阶）

常用的固化剂：多聚甲醛、六次甲基四胺。

酚醛树脂模塑粉Chapter10环氧树脂双酚A型环氧树脂的合成def:凡是分子链中含有环氧基团的树脂统称为环氧树脂。合成环氧树脂的原料

1.环氧氯丙烷的合成

（1）甘油法

（2）丙烯法

①丙烯高温氯化

②3-氯丙烯与次氯酸反应

③二氯丙烷的环化

2.双酚A（二酚基丙烷）

（1）硫酸法

（2）巯基离子交换树脂的制取

树脂的合成环氧树脂的固化

胺