聚合物合成工艺学思考题及其答案

聚合物合成工艺学思虑题及其答案聚合物合成工艺学思虑题及其答案聚合物合成工艺学思虑题及其答案第一章简述高分子化合物的生产过程。答：(1)原料准备与精制过程 ; 包含单体、溶剂、去离子水等原料的储存、清洗、精制、干燥、调整浓度等过程和设施。 (2)催化剂(引起剂)配制过程; 包含聚合用催化剂、引起剂和助剂的制造、溶解、储存。调整浓度等过程与设施。 (3)聚合反响过程；包含聚合和以聚合釜为中心的相关热互换设施及反响物料输送过程与设施 .(4)分别过程；包含未反响单体的回收、脱出溶剂、催化剂，脱出低聚物等过程与设施。 (5)聚合物后办理过程；包含聚合物的输送、干燥、造粒、均匀化、储存、包装等过程与设施。 (6)回收过程；主假如未反响单体和溶剂的回收与精制过程及设施。简述连续生产和间歇生产工艺的特色答：间歇生产是聚合物在聚合反响器中分批生产的， 经历了进料、反响、出料、清理的操作。长处是反响条件易控制， 升温、恒温可精准控制， 物料在聚合反响器中逗留的时间同样，便于改变工艺条件，所以灵巧性大，适于小批量生产，简单改变品种和牌号。 弊端是反响器不能充足利用，不适于大规模生产。连续生产是单体和引起剂或催化剂等连续进入聚合反响器，反响获取的聚合物则连续不停的流出聚合反响器的生产。长处是聚合反响条件稳固，简单实现操作过程的所有自动化、机械化，所得产质量量规格稳固，设施密闭，减少污染。合适大规模生产，所以劳动生产率高，成本较低。弊端是不宜常常改变产品牌号，不便于小批量生产某牌号产品。合成橡胶和合成树脂生产中主要差异是哪两个过程，试比较它们在这两个生产工程上的主要差异是什么？答:合成树脂与合成橡胶在生产上的主要差异为分别工程和后办理工程。分别工程的主要差异：合成树脂的分别往常是加入第二种非溶剂中，积淀析出；合成橡胶是高粘度溶液，不可以加非溶剂分别，一般为将高粘度橡胶溶液喷入沸腾的热水中，以胶粒的形式析出。后办理工程的主要差异：合成树脂的干燥，主假如气流干燥机沸腾干燥；而合成橡胶易粘结成团，不可以用气流干燥或沸腾干燥的方法进行干燥，而采纳箱式干燥机或挤压膨胀干燥剂进行干燥。简述高分子合成工业的三废根源、办理方法以及怎样对废旧资料进行回收利用。:高分子合成工业中:废气主要来自气态和易挥发单体和有机溶剂或单体合成过程中使用的气体;污染水质的废水主要根源于聚合物分别和清洗操作排放的废水和冲洗设施产生的废水;废渣主要根源于生产设施中的结垢聚合物和某些副产物 .。关于废气办理，应在生产过程中严格防止设施或操作不善而造成的泄漏， 而且增强监测仪表的精细度，以便极早觉察逸出废气并采纳相应举措， 使废气减少到允许浓度之下。 关于三废的办理，第一在井陉工厂设计时应当考虑将其除去在生产过程中， 不得已时则考虑它的利用，尽可能减少三废的排放量， 比如工业上采纳先进的不合用溶剂的聚合方法， 或采纳密闭循环系统。一定进行排放时， 应当认识三废中所含各样物质的种类和数目， 有针对性地回收利用和办理，最后再排放到综合废水办理场所。荒弃物的回收利用有以下三种门路：1,、作为资料重生循环利用；2、作为化学品循环利用；3、作为能源回收利用第二章生产单体的原料路线有那些？1）石油行高温裂解，获取的裂解气经分别获取乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等。产生的液体经加氢后催化重整使之转变为芳烃，经萃取分别可获取苯、甲苯、二甲苯等芳烃化合物。而后可将它们直接用作单体或进一步经化学加工以生产出一系列单体。2）煤炭路线：煤炭经炼焦生成煤气、氨、煤焦油和焦炭。由煤焦油经分别可获取苯，甲苯、苯酚等。焦炭与石灰石在电炉中高温反响获取电石， 电石与水反响生成乙炔， 由乙炔可以合成一系列乙烯基单体或其余有机化工原料。其余原料路线：主要以农副产品或木材工业副产品为基根源料， 直接用作单体或经化学加工为单体石油化工路线能够获取哪些重要的单体和原料？简述石油化工路线裂解生产乙烯单体的过程，并由乙烯单体能够获取哪些聚合物产品？答:单体和原料:烯烃、丁二烯、和芳烃、苯、甲苯、二甲苯等。它们是重要的基本有机原料，而聆听中的乙烯、丙烯和丁二烯，则又是重要的单体;汽油、石脑油、煤油、柴油等馏分和炼厂气。过程：轻油在水蒸汽存在下，于750-820℃高温热裂解为初级烯烃、二烯烃。为减少副反应，提升烯烃收率，液态烃在高温裂解区的逗留时间仅 秒。水蒸汽稀释目的在于减少烃类分压，克制副反响并减少结焦速度。液态烃经高温裂解生成的产品成分复杂，包含氢、甲烷、乙炔、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、裂解汽油等。聚合物产品：聚乙烯、乙丙橡胶、聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、维纶树脂、聚苯乙烯、ABS树脂、丁苯橡胶聚氧化乙烯、涤纶树脂。第三章1，简述四种自由基聚合生产工艺的定义以及它们的特色和优弊端。答：（1）本体聚合（又称块状聚合） ：在不用其余反响介质状况下，单体中加有少许或不加引起剂发生聚合的方法。长处：a本体聚合是四种方法中最简单的方法，无反响介质，产物纯净，合适制造透明性好的板材和型材。b后办理过程简单，能够省去复杂的分别回收等操作过程，生产工艺简单，流程短，所以生产设施也少，是一种经济的聚合方法 c反响器有效反响容积大， 生产能力大，易于连续化，生产成本比较低。本体聚合的弊端： a放热量大，反响热清除困难，不易保持必定的反响温度 b单体是气或液态，易流动。聚合反响发生此后，生成的聚合物如溶于单体则形成黏稠溶液，聚合程度越深入，物料越黏稠，甚至在常温下会成为固体。2）乳液聚合：是单体和水在乳化剂作用下形成的乳状液中进行聚合反响的一种聚合物生产方法。长处：a以水作分别介质，价廉安全，比热较高，乳液粘度低，有益于搅拌传热和管道输送，便于连续操作。同时生产灵巧，操作方便，可连续可间歇。b聚合速率快，同时产物分子量高，可在较低的温度下聚合。c可直策应用的胶乳，如水乳漆，粘结剂，纸张、皮革、织物表面办理剂更宜采纳乳液聚合。乳液聚合物的粒径小。d不使用有机溶剂，干燥中不会发生火灾，无毒，不会污染大气。乳液聚合方法的弊端：a需固体聚合物时，乳液需经破乳、清洗、脱水、干燥等工序，生产成本较高。b产品中残留有乳化剂等，难以完整除尽，有损电性能、透明度、耐水性能等。c聚合物分别需加破乳剂，如盐溶液、酸溶液等电解质， 所以分别过程较复杂，而且产生大量的废水；如直接进行喷雾干燥需大批热能；所得聚合物的杂质含量较高。3）悬浮聚合：是将单体在激烈机械搅拌及分别剂的作用下分别、悬浮于水相中间，同时经引起剂引起聚合的方法。悬浮聚合法的主要长处： a.以水为分别介质，价廉、不需要回收、安全、易分别。 b.悬浮聚合系统粘度低、温度易控制、产质量量稳固。 c.因为没有向溶剂的链转移反响，其产物相对分子质量一般比溶液聚合物高。d.与乳液聚合对比，悬浮聚合物上吸附的分别剂量少，有些还简单脱除，产物杂质较少。e.颗粒形态较大，能够制成不一样粒径的颗粒粒子。聚合物颗粒直径一般在0.05-0.2mm，有些可达0.4mm．甚至超出1mm。悬浮聚合法的主要弊端：a.工业上采纳间歇法生产，而连续法还没有工业化。b.反响中液滴简单凝固为大块，而使聚合热难以导出，严重时造成重要事故。c.悬浮聚合法当前仅用于合成树脂的生产。（4）溶液聚合：是将单体和引起剂溶于合适溶剂（水或有机溶剂）进行聚合的方法。溶液聚合的长处：a.与本体聚合对比，溶剂可作为传热介质使系统传热较易，温度简单控制；b.系统粘度较低，减少凝胶效应，能够防止局部过热；c.易于调理产品的分子量及其散布。溶液聚合的弊端：a.单体浓度较低，聚合速率较慢，设施生产能力和利用率较低。b.单体浓度低和向溶剂链转移的结果，使聚合物分子量较低。c.使用有机溶剂时增添成本、污染环境。d.溶剂分别回收花费高，除尽聚合物中残留溶剂困难。举例说明自由基聚合物引起剂的分类，在高聚物生产中怎样选择合适的引起剂？答：（1）过氧化物类 （2）偶氮化合物 （3）氧化复原系统依据聚合操作方式和反响温度条件，选择合适分解速度的引起剂；依据引起剂的分解速度随温度的不一样而变化，所以要依据反响温度选择合适的引起剂；依据分解速度常数选择引起剂；依据分解活化能选择引起剂；依据引起剂的半衰期选择引起剂。在聚合生产工艺中怎样控制产品的分子量，举例说明常用的分子量调理剂。答：聚合生产工艺中控制产品分子量：是向单体进行链转移之外，多半状况下是在高纯度单体条件下，加入合适数目的易发生链转移反响的物质。利用链转移反响来控制产品的均匀分子量，甚至还能够用来控制产品的分子构型，除去那些不希望产生的支链和交联构造，进而获取便于成型加工的聚合物。比如在高压法生产低密度聚乙烯过程顶用丙烷、丙烯或H2作为链转移剂，以控制聚乙烯均匀分子量。生产丁苯橡胶时加入硫醇作为链转移剂以控制丁苯橡胶的均匀分子量。这时链转移剂起了控制分子量的作用，或调理分子量大小的作用。所以习惯上称为分子量调理剂、分子量控制剂或改性剂。4.自由基本体聚合生产用到的聚合反响器的种类和特色。答：本体聚合反响器(1)形状必定的模型：合用于本体浇铸聚合。这类反响装置无搅拌器，其聚合条件应依据聚合时热传导条件而定。(2)聚合釜：流体粘度高，多采纳旋桨式或大直径的斜桨式搅拌器。采纳数个聚合釜串连，分段聚合的连续操作方式。(3)本体连续聚合反应器.a.管式反响器一般的管式反响器为空管，但有的管内加有固定混淆器。往常物料在管式反应器中呈层流状态流动，所以管道轴心部位流速较快，而凑近管壁的物料流速则较慢，聚合物含量高。管式反响器的单程转变率往常仅为10%--20%。b.塔式反响器它相当于放大的管式反响器。其特色是无搅拌装置。物料在塔式反响器中呈塞装流动。这类反响器的却思安是聚合物中仍含有微量单体及低聚物。别的连续操作也可用多个釜式聚合釜串连进行。自由基悬浮聚合生产中的分别剂种类并举例，以及它们的作用机理。答：分别剂主要有保护胶类分别剂和无机粉状分别剂两大类。保护胶类分别剂都是水溶性高分子化合物。主要（1）天然高分子化合物及其衍生物：明胶、淀粉、纤维素衍生物（如甲基维生素）（2）合成高分子化合物：部分水解度的聚乙烯醇、聚丙烯酸及其盐、磺化聚苯乙烯等。作用机理：a.高分子保护胶的作用在于两液滴之间形成了高分子薄膜层，进而阻挡了两液滴凝固。b.保护胶被液滴表面吸附而产生定向摆列，产生空间位阻作用。无机粉状分别剂主要有：高分别性的碱土金属的磷酸盐、碳酸盐以及硅酸盐等。如碳酸镁等。作用机理：分别稳固作用是存在于水相中的粉状物在单体液滴表面形成隔绝层， 进而防备了液滴的凝固。6.简述自由基悬浮聚合的生产工艺？答：自由基悬浮聚合工艺主要为：原料准备、聚合、托单体、过滤分别、水洗、干燥等工序。原料准备包含液体单体除掉阻聚剂，复合引起剂的配制、水相的办理、分别剂的办理及助分别剂的办理。聚合工艺为间歇法操作，过程为先加去离子水，开动搅拌后加分别剂、调理剂及其余助剂，再投加单体，最后加热到反响温度后投加引起剂。聚合反响结束后应回收未发应的单体，液体单体一般可与水共沸拖出,气态单体可在常压下自动回收。而后进行水洗干燥获取制品。自由基溶液聚合生产中溶剂聚合反响的影响。答：a. 溶剂对引起剂分解速度的影响：水作溶剂时对引起剂的分解速度影响小；有机溶剂则有不一样程度影响。某些有机极性溶剂对有机过氧化物有引诱分解作用， 加速聚合反响速度 。b. 溶剂的链转移作用对分子量的影晌： 要求获取高分子量产品应选择 Cs值甚小的溶剂，若要求获取较低分子量产品则应当选择 Cs值高的溶剂。c. 溶剂对聚合物分子的支化与构型的影响。反响系统中有溶剂时，则可降低向大分子进行链转移反响。自由基乳液聚合中乳化剂的分类并举例说明，并简述不一样乳化剂的稳固性作用原理。答：乳化剂按物质分类：表面活性剂、天然产物或其加工产品、高分别性粉状固体乳化剂按分子质量大小分类：低分子乳化剂、高分子乳化剂乳化剂按亲水基团性质分类：阴离子型、阳离子型、非离子型、两性离子型。原理：a.高分别性的粉末状固体物质：其主要作用是吸附于分别相液滴表面，恰似在液滴表面形成固体薄膜层。b.某些可溶性天然高分子化合物：其主要作用是在分别相液滴表面形成了坚韧的薄膜层。自由基乳液聚合生产中常用的破乳方法有哪些？答：加入电解质、改变pH值的破乳、冷冻破乳、高速离心破乳、机械破乳、加入有机积淀剂破乳简述自由基悬浮聚合生产工艺。自由基溶液聚合生产中溶剂聚合反响的影响。答：a. 溶剂对引起剂分解速度的影响：水作溶剂时对引起剂的分解速度影响小；有机溶剂则有不一样程度影响。某些有机极性溶剂对有机过氧化物有引诱分解作用， 加速聚合反响速度 。b. 溶剂的链转移作用对分子量的影晌： 要求获取高分子量产品应选择 Cs值甚小的溶剂，若要求获取较低分子量产品则应当选择 Cs值高的溶剂。c. 溶剂对聚合物分子的支化与构型的影响。反响系统中有溶剂时，则可降低向大分子进行链转移反响。自由基乳液聚合中乳化剂的分类并举例说明，并简述不一样乳化剂的稳固性作用原理。答：乳化剂按物质分类：表面活性剂、天然产物或其加工产品、高分别性粉状固体乳化剂按分子质量大小分类：低分子乳化剂、高分子乳化剂乳化剂按亲水基团性质分类：阴离子型、阳离子型、非离子型、两性离子型。原理：a.高分别性的粉末状固体物质：其主要作用是吸附于分别相液滴表面，恰似在液滴表面形成固体薄膜层。b.某些可溶性天然高分子化合物：其主要作用是在分别相液滴表面形成了坚韧的薄膜层。第四章简述阴离子聚合阳离子聚合工业上应用。什么是Ziegler-Natta催化剂，它的构成怎样。答：中文译名 “齐格勒-纳塔”催化剂，由三乙基铝与四氯化钛构成，合催化剂。催化剂又称触媒，能够组合成 Ziegler-Natta 触媒的化合物种类相当多，媒可由以下的化合物组合而成：⑴周期表中第ⅣB到第ⅧB族的过渡金属化合物

是一种优秀的定向聚Ziegler-Natta

触⑵周期表中第IA到第ⅢA族的金属所构成的有机金属化合物此中过渡金属化合物为触媒，而有机金属化合物为助触媒。简述配位聚合生产工艺。答：该过程一般包含原料准备，催化剂制备，聚合，分别，后办理。（1）原料办理包含：a单体纯度;b要求原料单体要进行精制，再通入净化剂（如硅油、活性炭）。（2）溶剂选择及精制：应试虑对活性中心，能否惹起催化剂中毒，熔沸点，溶解度等。一般采纳脂肪烃。且尔后也须经行脱出水分，除杂等。（3）在配位聚合应严格控制催化剂的种类、用量、和配位条件（加料序次、温度、时间等）。（4）聚合时考虑反响介质中不含水分借进行干燥办理，一般需要干燥办理，采纳比表面积小的，如矮胖型的。（5）对聚合方法选择应试虑：聚合物要有必定的分子量散布和怎样提升聚合速率，溶液法和本体法（有淤浆法，溶液法，本体气相法及本体液相法）及反响热的去除如溶液法装有搅拌装置的斧式反响器气相法的沸腾床反响器。（6）为使所得产品达到使用要求及反响中未反响的除掉因此要进行后办理，包含脱单体、脱灰（如用少许活性物质异丙醇）、分别干燥（如氮气进行闭路循环干燥）、溶剂回收，造粒等。第五章分别简述线型缩聚物和体型缩聚物的定义、应用和生产方法。答：定义：发生缩聚反响的单体所含有反响性官能团的数目所有为 2时，经缩聚反响生成的最最后产物为高分子了聚合物。 简称为线型缩聚物。 假如一部分单体含有的反响性官能团数目大于2，则经缩聚反响生成的最后产物为体型缩聚物。应用：线型缩聚物主要用作热塑性塑料、合成纤维、涂料、胶黏剂等。体型缩聚物则是热固性塑料、热固性涂料以及热固性胶黏剂的主要成分。生产方法：线型缩聚物：熔融缩聚法、溶液缩聚法、界面缩聚法、固相缩聚法。体型缩聚物：生产一般分两阶段进行： 第一阶段：先制成聚合不完整的预聚物 线形或支链形，液体或固体，可溶可熔；第二阶段：预聚物的固化成型再加入固化剂和加热加压条件下，进行交联固化。2. 简述四种线型缩聚物生产工艺的定义并比较它们的优弊端和应用范围。 （教材P113）1）熔融缩聚法：无溶剂状况下，使反响温度高于原料和生成的缩聚物熔融温度，即反响器中的物料在一直保持熔融状态下进行缩聚反响的方法。长处：工艺过程比较简单，因为不需溶剂，减少成本。生产工艺可用连续法，合适大规模生产，比如连续法合成纤维时不用分别聚合物而直接纺丝。工业生产采纳的方法直接减压法(或提升真空度法)：成效较好，但对设施制造、加工精度要求严格，投资较大。通入惰性气体降低小分子副物分压法：长处是即能够降低小分子副产物分压，以能保护缩聚产物，防备氧化变色，一般需要配合较强的机械搅拌。但缩聚后期成效较差。综合方法是先通入惰性气体降低分压，反响后期提升真空度2）溶液缩聚法：将单体溶解在合适溶剂中进行缩聚反响。规模仅次于熔融缩聚，合用于耐高温资料如聚砜、聚酰亚胺等合成。特色：1.降低系统温度和粘度，有益于热量互换，反响安稳。2.不需要高真空度；可将小分子副产物共沸除掉。3.缩聚产物可直接制成清漆、成膜资料、纺丝。4.使用溶剂后，工艺复杂，需要分别、精制、回收。5.生产成本较高。溶剂大多有毒，易燃，污染环境。3）界面缩聚法：将两种单体分别溶于两种不互溶的溶剂中，再将这两种溶液倒在一同，在两液相的界面长进行缩聚反响，聚合产物不溶于溶剂，在界面析出。界面缩聚的主要特色：界面缩聚是一种不均衡缩聚反响。 小分子副产物可被溶剂中某一物质所耗费汲取。 界面缩聚反响速率受单体扩散速率控制。 单体为高反响活性， 聚合物在界面快速生成， 其分子量与总的反响程度没关。 对单体纯度与功能基等摩尔比要求不严。 反响温度低，可防止因高温而导致的副反响，有益于高熔点耐热聚合物的合成。需要大批溶剂，产品不易精制。（4）固相缩聚法：反响温度在单体或预聚物熔融温度以下单体或预聚体在固态条件下的缩聚反响。长处：反响温度低，反响条件和缓。 弊端：原料要达到必定细度，反响速度慢，小分子不易扩散。简述熔融缩聚生产工艺。答：熔融缩聚法是工业生产线型缩聚物的最主要方法。缩聚物生产工艺主要分为原料配制，缩聚，后办理等工序。第六章聚氨酯的定义和反响通式。答：聚氨酯的定义：大分子主链中含有氨基甲酸酯基团 NHCOO(又称氨酯键)的聚合物。反响通式：2从分子构造进行剖析说明为何异氰酸酯拥有很高的反响活性？（ P132-133）答：异氰酸酯化合物中的 -N=C=O基团是一个高度不饱和的基团，它的化学性能十分开朗，能与任何一种含有开朗氢原子的化合物互相反响， 甚至能和一些含有极不开朗氢原子 （即不易被钠所代替的）的化合物反响。3. 简述一步法和两步法合成聚氨酯树脂的原理。 （教材P135-137）答：一步法：由异氰酸酯和醇类化合物直接进行逐渐加成聚会反响以合成聚氨酯的方法二步法第一步合成预聚体第二步预聚体进行扩链反响和交联反响分别举例说明合成聚氨酯的原料异氰酸酯、多羟基化合物、扩链剂、催化剂的种类。答：1、异氰酸酯：按---NCO公司数目可分为二元异氰酸酯、三元异氰酸酯、聚合型异氰酸酯。按异氰酸酯R---NCO中公司R的性质可分为脂肪族及芬芳族两大类。甲苯二异氰酸酯（TDI）是使用最广、耗量最大的一种异氰酸酯。聚合型异氰酸酯、隐蔽型异氰酸酯、特别种类的异氰酸酯、多羟基化合物：聚醚多元醇，由单体环氧乙烷、环氧丙烷或四氢呋喃开环聚合而成。聚酯多元醇，含有端羟基的聚酯多元醇，由二元酸与过度的多元醇反响二成，其分子量较低。其余种类多元醇：含磷、卤助燃剂型聚醚多元醇、汉羟基丙烯酸酯型聚合物。3