材料合成工艺学课程设计
材料合成工艺学课程设计任务书
一、本课程设计的性质、任务与目的
本课程是材料科学与工程专业的一门实用性和技术性很强的专业课程。学习本课程的目的是使学生在学完材料科学与工程专业的有关课程后，尤其是在学完《材料合成工艺学》这门课程后，综合运用3年所学的全部知识，进行工厂的初步设计。通过专业课程设计使学生掌握应具备的基本设计技能。待学生走上工作岗位后既能担负起工厂技术改造的任务，又能进行车间或全厂的工艺设计。
本课程任务是：
1．撰写简要设计说明书。
2．绘制物料流程示意图一张。
二、课程设计的主要内容
（一）设计方案选择，对给定或选定的设计方案进行简要论述。
（二）工艺计算，应完成工艺流程各过程的物料衡算，能量衡算。绘制物料流程示意图，编写物料平衡表及热量平衡表。
（三）主要设备设计，在满足工艺条件的前提下，进行主要设备的选型及结构设计。
（四）典型辅助设备设计选型，包括典型设备主要结构尺寸计算和设备型号规格的选定。
(五) 车间布置。
三、设计说明书的基本要求
要求包括以下几个内容：
1)封面
2)任务书
3)目录
4)流程和方案的说明及论证
5)设计计算与说明
6)设备选型及设计
7)车间布置
8)对设计的评述及结论
9)参考文献目录
四、课程设计题目
题目30
组分
单体稳定剂乳化剂增塑剂引发剂pH调节剂介质醋酸乙
烯酯
聚乙
烯醇
OP-10 邻苯二甲
酸二丁酯
过硫
酸钾
碳酸氢钠蒸馏水
用量，重量（份）150 5.4 1.1 10.9 0.3 0.3 100
生产规模：2000t/a
生产时间：300d/a
间歇操作，聚合釜每天2批，其他原料配制每天1批。
相关技术指标
项目内容技术指标项目内容技术指标
过滤器过滤损失率2%（质量）过硫酸钾溶液浓度20%（质量）
碳酸氢钠溶液浓度10%（质量）聚乙烯醇溶液浓度30%
引发剂效率f 0.8
质量标准，原料均视为纯物质。
目录
一、绪论 (1)
二、工艺流程和方案的说明及论证 (1)
1.工艺流程 (1)
2.方案的说明 (2)
3.工艺流程图 (4)
三、物料衡算 (4)
四、热量衡算 (14)
五、聚合釜及各设备选型........................................................ 错误！未定义书签。
六、生产车间布置 (18)
七、对设计的评述及结论 (18)
八、参考文献 (19)
一、绪论
化工设计是化工生产装置建设的灵魂，是将人们的要求变为现实生产的第一步。先进的设计思想、科学的设计方法、现代化的设计手段与工具、高水平高质量的设计作品是工程设计人员坚持的设计方针和追求的设计目标。聚合物合成生产装置设计属于化工设计的范畴，是针对聚合物合成生产过程的化工设计。
聚合物合成工艺设计就是指将单体原料通过聚合反应制得聚合物产品的生产过程中所用的方法、技术等，全部用图纸、表格、文字说明等方式概述出来的过程及结果。
二、工艺流程和方案的说明及论证
1.方案的说明
由于设计任务书表明此聚合采用乳液聚合，以下简要论述乳液聚合。
聚醋酸乙烯酯是由聚醋酸乙烯酯经自由基聚合而成的高分化合物。通常采用分散聚合和乳液聚合的，该设计采用的是乳液聚合。乳液聚合是在用水作介质的乳液中，按胶束机理或低聚物机理生成彼此孤立的乳胶粒，在其进行自由基加成聚合或离子加成聚合来生产高聚物的一种聚合方法，对于在充分混合的间歇反应器中进行的乳液聚合过程来说，据反应机理可分为四个阶段：分散阶段、乳胶粒生成阶段、乳胶粒生长阶段、聚合反应完成阶段。该方法有如下优点：（1）聚合体系具有粘度低、易散热，乳液稳定性高．具有较高的聚合反应速率和高的聚合物分子量。
（2）乳液聚合以水作介质，还具有成本低廉，生产安全，胶乳粘度低，便于混合传热、管道输送和连续生产，环境污染小的优点。
（3）反应在常压下进行，对设备无加压要求。
（4）聚合后胶乳可直接使用。
采用乳液聚合也有如下缺点：
(1)因需要固体产品，胶乳需要进行凝聚、洗涤、脱水、干燥等多道工序，成本较高。
(2)产品中留有乳化剂杂质，难以完全除净，有损电性能等。
(3)聚醋酸乙烯酯乳液聚合的工艺条件。
(4)需破乳,工艺较难控制。
2.主要试剂的特点
（1）单体
由于储存和运输的要求，醋酸乙烯酯在出厂前常加入阻聚剂以保持醋酸乙烯酯的稳定性，醋酸乙烯酯的性质直接影响乳液粘度、固含量，单体经蒸馏后，可以使聚醋酸乙烯酯的粘度大为提高。
（2）定剂
聚醋酸乙烯的基本性质是由其聚合度和醇解度决定的，聚醋酸乙烯分子中含有大量亲水性基团羟基，所以它是一种水溶性的高分子化合物。控制好聚乙烯醇稳定剂的用量可以使聚醋酸乙烯酯达到适当的粘度。
（3）乳化剂
在其它条件均不改变的情况下，改变乳化剂用量，其粘度的变化呈凸曲线变化。乳化剂用量过少，乳液稳定性差，易破乳。乳液粘度随乳化剂用量的增加而增大，当乳化剂用量为单体总量的0.15%时，粘度最大，乳化剂用量超过最佳值时，乳液颗粒增多，粒径变小，粘度下降。
（4）引发剂
在一定聚合温度下，当引发剂浓度很低时，随着引发剂量的增加，粘度、固含量增大，当引发剂用量为单体总量的0.6%时，粘度最大，为4.2 Pa.s；固含量为36%，当引发剂继续增加时，乳液粘度反而下降，固含量基本不变。原因是，当单体量不变而引发剂用量增加，引发剂分解的自由基多，使活性中心增多，从而使反应生成大分子的聚合物，乳液粘度、固含量增加；而引发剂用量过大，分解自由基过多，引发速度过快，聚合物分子链短，相对分子量小，乳液粘度低。
在乳液聚合时，介质的pH值直接影响引发剂的分解速度，要求乳液聚合体系的pH值为6左右，由于单体中残留少许醋酸，加之引发剂分解时产生的硫酸根，至使体系的pH值降至4~5，因此用适量碳酸氢钠调节pH值。另外，引发剂用水稀释后缓慢加入。
（5）反应温度。在反应物配比、加料方式及搅拌强度不变情况下，通过实验发现，反应温度的改变对聚醋酸乙烯酯乳液的粘度、固含量的影响很大。原因是该聚合反应为吸热反应，所以反应温度高，有利于该反应进行，但反应温度达
到80℃时，超过醋酸乙烯酯单体的沸点(72℃)会使回馏量增加，消耗能量，低温使反应速度慢，反应不完全。乳液粘度低。因此，反应适合在75℃进行。
3.工艺流程
（1）把软水经过软水计量槽（W101）计量后放入聚乙烯醇溶解釜(V101)。
（2）把规定量的聚乙烯醇由入孔投入聚乙烯醇溶解釜(V101)内。
（3）向聚乙烯醇溶解釜(V101)的夹套中送入水蒸汽，升温至80℃，搅拌4-6小时，配制成聚乙烯醇溶液。
（4）把醋酸乙烯酯投入单体计量槽(W102)内，把邻苯二甲酸二丁酯投入增塑剂计量槽(W103)内，并把预先配制的规定量的过硫酸钾溶液和碳酸氢钠溶液分别投入引发剂计量槽(W105)和PH调节剂计量槽(W104)。
（5）把聚乙烯醇溶液由聚乙烯醇溶解釜(V101)通过过滤器（V102）用隔膜泵（P101）输送到聚合釜(R101)中，并由入孔加入规定量的OP-10，并开动搅拌使其溶解。
（6）向聚合釜(R101)中由单体计量槽(W102)加入单体醋酸乙烯酯，并通过引发剂计量槽(W104)加入过硫酸钾溶液，在搅拌下乳化30min。
（7）向聚合釜(R101)夹套内通水蒸汽，将釜中物料升温至60℃，向聚合釜(R101)加入单体和引发剂，聚合反应开始，并通过回流冷凝器(H101)和聚合釜(R101)夹套通入冷却水进行换热，控制温度，稳定在60℃进行反应，反应时间10hr。
（8）反应完全后，向聚合釜(R101)夹套通入冷却水冷却至50℃，再加入PH 调节剂和增塑剂，搅拌均匀。出料，通过过滤器过滤(V103)后，进入乳液储罐(T104)。
4.
工艺流程图
三、物料衡算
(1) 画出物料平衡关系示意图
图1为聚醋酸乙烯酯乳液聚合间歇操作物料平衡关系示意图。
对于物料数量和组分没有发生变化的设备可不做物料衡算，所以在物料平衡关系图中，可不画出T101，P101等设备。
V101M 1
W101M2
M6
V102
R101M4W102
W103W104M5
M 7
M 8
V103
M10
M11
W105
M 3
M9
M12
图1. 聚醋酸乙烯酯乳液聚合间歇操作物料平衡关系示意图
M1-软水；M2-聚乙烯醇；M3-聚乙烯醇溶液；M4-过滤后的聚乙烯醇溶液 M5-单体醋酸乙烯酯；M6-增塑剂DOP ；M7-PH 调节剂碳酸氢钠；M8-引发剂过硫酸钾；M9-乳化剂OP-10；M10-聚合物；M11-过滤后的聚合物；M12-实际还需加的水
(2) 明确物料发生的化学变化，写出主、副反应方程式
① 在V101，V103中，只是物料的混合和过滤，没有发生相变化和化学反应
② 在聚合釜R101中，引发剂引发单体发生自由基聚合其反应方程式如下：
H 2C
H
C
OOCCH 3
n
*C H 2
CH
OOCCH 3
*
n
过硫酸钾，DOP ，OP-10
聚乙烯醇，碳酸氢钠
(3) 收集数据资料
① 生产规模。设计任务书中规定的年产量（生产能力）：2000t/a
② 生产时间。年工作日：300d/a
间歇操作，聚合釜R101每天2批，其它原料配制每天1批。 ③相关技术指标（表1）
表1 技术指标
项目内容
技术指标 项目内容
技术指标 过滤器过滤损失率 2%（质量） 过硫酸钾溶液浓度 20%（质量） 碳酸氢钠溶液浓度 10%（质量） 聚乙烯醇溶液浓度 30% 引发剂效率f
0.8
④质量标准。原料均视为纯净物。
⑤化学变化参数。醋酸乙烯酯在引发剂引发下发生自由基聚合反应，各组分相对分子质量如下：
(4) 选择计算基准和计算单位
因为是间歇操作过程，所以基准为“批”，单位为B ·d -1。聚合釜R101的操作周期是2B ·d -1，而其他原料配制的操作周期是1B ·d -1。但引发剂向R101进料周期仍与聚合釜的操作周期相同，所以在物料衡算时，物料M8的数量仍以2 B ·d -1计算。在做设备工艺计算时，引发剂计量槽W105的体积大小应按1B ·d -1
组分 相对分子质量
单体 醋酸乙烯酯 86 介质
蒸馏水（总量）
18
计算。
(5) 确定计算顺序
由于产物与原料之间的化学计量关系比较简单，且整个工艺过程比较简单，容易得到产量与单体原料投料之间的比例关系，所以采用顺流程的计算顺序。
(6) 计算主要原料（醋酸乙烯酯）投料数量
用顺流程的计算顺序进行物料衡算必须先求出主要原料（醋酸乙烯酯）每批投料量。该生产装置年产量2000t ，年开工300d ，每天生产两批，过滤器过滤损失率为2%。
每批应生产聚合物数量=
1
3
36.340198
.0230010
2000-?=???B
kg
①引发剂（0.2%单体质量）80%结合到聚合物中；
②单体100%转化成聚合物，且单体相对分子质量与聚合物结构单元相对分子质量相同；
③醋酸乙烯酯投料量=
1
3401.363395.930.30.8(1)
150
kg B
-=??+
(7) 顺流程逐个设备展开计算 ①V101（溶解釜）物料衡算
W101M1V101
M3
M2
M1（软水）=
1
5.4
3395.93150285.2637
kg B -?
=?
M2（聚乙烯醇）=1
5.43395.93122.25150
kg B
-?
=?
M3（聚乙烯醇溶液）=1285.26122.25407.51kg B -+=? ②V102（过滤器）物料衡算
V102
M3
M4
已知V102过滤器的过滤损失率2% M3（聚乙烯醇溶液）=1407.51kg B -?
M4（过滤后的聚乙烯醇溶液）=()1407.5110.02399.36kg B -?-=? ③R101（聚合釜）物料衡算
R101M5
M6
M7
M8
M4M10
M9
M12
M4（过滤后的聚乙烯醇溶液）=1399.36kg B -? M5(单体醋酸乙烯酯）=13395.93kg B -? M6（邻苯二甲酸二丁酯）=1
10.93395.93246.77150
kg B
-?=?
M7（碳酸氢钠溶液） 碳酸氢钠：1
0.33395.93 6.79150
kg B
-?
=?
水：16.79961.11kg B -?=?
合计：M7=16.7961.1167.9kg B -+=? M8（引发剂过硫酸钾溶液） 过硫酸钾：1
0.33395.93 6.79150
kg B
-?
=?
水：16.79427.16kg B -?=?
合计：M8=16.7927.1633.95kg B -+=?
M9（乳化剂OP-10）=1
1.13395.9324.90150
kg B
-?
=?
M12（实际还需加的水）=1
1003395.93285.2667.933.951876.84150
kg B
-?
---=?
M10（聚合物）=M4+M5+M6+M7+M8+M9+M12=-16045.65kg B ? ④V103（过滤器）物料衡算
M11
V103
M10
已知V103过滤损失率为2% M10（聚合物）=-16045.65kg B ?
M11（过滤后的聚合物）=-16045.65(1-0.02)5924.74kg B ?=? (8) 整理并校核计算结果
对聚合工序做全物料平衡计算（图2），进行校核。由物料守恒定律应有：
()()10
12
987652102.01M M M M M M M M M =+++++++-
()0.98285.26122.253395.93246.7767.9033.9524.901876.84?+++++++
1
6045.65i kg B e θ
-=?
说明整个聚合工序的物料衡算过程是正确的。
聚合工序
M5
M6
M7
M8
M1
M2
M9
M12M10
图2 总物料平衡示意图
(9)
绘制物料流程图，编写物料平衡表
图3.聚醋酸乙烯酯乳液聚合间歇操作物料流程示意图
W101—软水计量槽；W102—单体贮罐；W103—增塑剂贮罐；W104—pH调节剂贮罐；W105—引发剂贮罐；W106—蒸馏水贮罐；V101—溶解槽；V102、V103—过滤器；
R101—聚合釜；P101—隔膜泵；T104—乳液储罐；H101—回流冷凝器表2 醋酸乙烯酯乳液聚合间歇操作物料平衡表单位：kg·B-1
物流号醋酸乙
烯酯单
体
聚乙烯
醇H2O
OP-10 邻苯二
甲酸二
丁酯
过硫
酸钾
碳酸
氢钠软水合计
M1 285.26 285.26 M2 122.25 122.25 M3 122.25 285.26 407.51 M4 399.36 M5 3395.93 3395.93 M6 246.77 246.77 M7 61.11 6.79 67.90 M8 27.16 6.79 33.95 M9 24.90 24.90 M12 1876.84 1876.84 M10 3395.93 119.81 1965.11 24.90 246.77 6.79 6.79 279.55 6045.65
四、聚合釜及各设备选型
()119.8191.461.31m
V L ρ
=
=
=聚乙烯醇
()3395.93
3644.9
0.9317
m
V L ρ
=
=
=单体醋酸乙烯酯 ()246.77
236.82
1.042m
V D O P L ρ
=
=
= ()6.79
3.092.2
m
V L ρ=
=
=碳酸氢钠 ()6.79
2.742.48
m
V L ρ
=
=
=过硫酸钾 ()24.90
1024.491.06
m
V O P L
ρ
-=
== ()2244.66
2244.661
m
V L ρ
=
=
=水 ()91.463644.9236.82 3.09 2.7424.492244.666247.26V L =++++++=总
所以，可选容积为8m 3的碳钢聚合釜。本设计选用河南天都化工机械有限公司设计出厂的8000L 不锈钢聚合釜。其结构如下图所示：
选择的各设备规格如下（表5）
表5 各设备规格表
名称型号规格公称容积（L）计算容积（L）参考重量（kg）软水槽K-500 500 560 408
单体计量槽K-4000 4000 4400 1400
增塑剂计量槽K-400 400 460 308
其他计量槽K-200 200 240 236
蒸馏水储罐K-7000 7000 7800 1400
乳液储罐F5000 5000 5980 2452
回流冷凝器WLN-10HP
冷凝器面积m2 3.8
热负荷kw 21.3 冷却水水量(m3/h) 3.8
溶解槽电加热公称容积（L）600L 实际容积（L）650L 内锅尺寸Dmm ?800 夹套尺寸D1mm ?1000 电机功率 2.2KW 重量Kg 700
不锈钢过滤器GY41H 口径DN15-DN600
压力 1.6MPa-6.4MPa 材质铸铁，铸钢，不锈钢
隔膜泵GBY-10
流量（m3/h）0~0.8 出口压力（kgf/m2） 6 扬程（m）0~50
碳钢聚合釜8000L
公称容积（L）8000
实际容积（L）12060
电热功率KW＊支5×18 油夹套容量L 2400
内锅尺寸Dmm ?2200 夹套尺寸D1mm ?2300/2400 重量kg 6320
减速机型号BLY型
电机功率（kw）15~22
设计温度（℃）150~350
五、热量衡算
①全面了解物料在各个设备中发生的化学变化及物理变化，凡是与外界有热量交换的设备均需进行热量衡算。由聚合工艺流程可知，V101、R101需进行热量衡算。
②因为是单台设备间歇操作，计算目的是进行能量消耗及成本核算，所以按式Q T=Q1+Q2+Q3+Q4对传热进行平衡计算，计算单位为1-
kJ。
?B
③收集数据
a.工艺参数
V101：升温至80℃，搅拌4~6小时。
R101：将釜中物料升温至60℃向通入冷却水进行换热，控制温度，稳定在60℃进行反应，反应时间10h反(R101)夹套通入冷却水冷却至50℃。
b.物料衡算的结果
表3. 聚合釜R101物料衡算结果表
组成R101
进料Kg·B-1出料Kg·B-1
醋酸乙烯酯3395.93 0
聚乙烯醇119.81 119.81
水2244.66 2244.66
DOP 246.77 246.77
OP—10 24.90 24.90
过硫酸钾 6.79 1.358
碳酸氢钠 6.79 6.79
聚醋酸乙烯酯0 3401.36
总计6045.65 6045.65
温度/℃25 60
c. 各种物性数据
表4. 各种物性数据表
物质密度（Kg/m3）热容（kJ·kg-1·℃-1）反应热kJ·mol-1聚乙烯醇1310 2.5
水1000 4.2
聚乙烯醇水溶液1428
醋酸乙烯酯931.7 3.0 87.9
OP—10 1060
过硫酸钾2480
碳酸氢钠 2200 DOP
1042 设备（碳钢）
0.48
④热量平衡关系式：4321Q Q Q Q Q T +++= ⑤逐项计算各热量的数值及传递方向
Ⅰ将釜中物料由25℃升温至60℃反应时间10h a. Q 1（显热）的计算
反应为恒容过程，所以∑?=T C W Q Vi i 1
()()5
1
13395.93 3.0119.81 2.52244.66 4.26025 6.9710Q kJ B
-=?+?+??-=??
b. Q 2的计算（化学反应热、相变热、溶解热、混合热等） 因为忽略了溶解热、混合热等，所以只需考虑化学反应热x H M
W Q r ??=2
因为单体100%转化成聚合物，所以1=?x ，且反应放热 故()6
1
23
3395.9387.91 3.471108610
Q kJ B
--=
?-?=-???
c. Q 3（设备温度变化)
设备温度由25℃升温至60℃
()51363200.486025 1.06210i Pi m Q W C T kJ B -=?=??-=??∑ 计算过程中设备向外界环境散失的热量忽略不计，所以Q 4=0
所以()565611 6.9710 3.47110 1.06210 2.66810T Q kJ B -=?+-?+?=-?? Ⅱ向聚合釜(R101)夹套通入冷却水从60℃冷却至50℃ a. Q 1（显热）的计算
反应为恒容过程，所以∑?=T C W Q Vi i 1
()()5
1
13395.93 3.0119.81 2.52244.66 4.25060 1.9910Q kJ B
-=?+?+??-=-??
b. Q 2的计算（化学反应热、相变热、溶解热、混合热等） 因为冷却过程无化学反应，所以Q 2=0
c. Q 3（设备温度变化） 设备温度有由60℃冷却至50℃
()1
363200.48506030336i
Pi
m Q W C
T kJ B
-=
?=??-=-?∑
计算过程中设备向外界环境散失的热量忽略不计，所以Q 4=0
5
5
1
2 1.991030336 2.29310T Q kJ B
-=-?-=-??
6
5
6
1
12 2.66810 2.29310 2.89710T T T Q Q Q kJ B
-=+=-?-?=-??
⑥求出与外界的传热量、传热方向
因为612.89710T Q kJ B -=-??，为负值，说明需由系统向外界撤除热量，此时需使用冷却介质。
项目
R101聚合釜
Q 入1-?B kJ
Q 出1-?B kJ Q1：物料带入的热 56.9710?
5
1.9910? Q2：化学反应热 0
6
3.47110-?
Q3：设备带入的热 5
1.06210?
30336
Qr ：冷却水移热
6
2.89710-?
六、生产车间布置
生产车间的布置应按工艺生产过程的顺序确定，生产线路尽可能做到直线
而无返回的流动，但并不要求所有的生产车间一定要排在一条直线上。如果生产车间较多，排成直线，将使地形生长、并会使仓库、辅助车间的配置及车间的管理等方面带来不便。为了达到生产车间流线性的目的，也可以将建筑物一个和另一个联接成T 、L 字形。车间生产路线一般分为水平的和垂直的两种。此外，也有多线生产路线，使加工物料在同一平面上由甲车间送入乙车间的叫水平生产线，使加工物料由上层的甲车间送至乙车间叫垂直生产路线，多线生产路线即开始是两条或多条支线而后汇成一条主线。无论是那种生产线，车间之间的距离应该是最短的，并符合各种规范所规定的间距。对原料和成品车间则应该接近仓库和运输路线。同时也应该注意，中间车间也常常需要大量原料并生成各种副产品。 车间之间的管道尽可能沿着道路铺设。对生产有害气体和粉尘的车间应将其布置在下风向，同时应考虑周围环境。 设备布置原则：
1. 要满足生产工艺要求
（1）在布置设备时，设备的平面位置和高低位置，应符合工艺流程和工艺条件的要求。
（2）同类型的设备或操作性质相似的有关设备，尽可能布置在一起，有效地利用车间建筑面积，便于管理、操作和维修。
2. 要符合经济原则
（1）要考虑设备和附属设备所占的位置、设备与设备之间或设备与建筑物间的安全距离设备布置时，还应设当留有余地，以备今后的发展。
（2）要充分利用高位差，节省动力。
（3）中小型化工厂的设备布置，处了气温较低的地区采用室内布置外，一般可采用室内露天联合布置方案。
3. 要符合安全生产要求
（1）化工生产中，易燃、易爆、有毒的物品较多，布置设备时，应将加热炉、明火设备、产生有毒气体的设备布置在下风处。并使加热炉、明火设备与易燃、易爆设备按规范保持一定的间距。传动设备要有安装防护装置的位置。对于噪音大的设备宜采用封闭式隔离。设备之间或设备与墙之间的净距离大小，虽无统一规定，但设计者应结合设备布置原则、设备大小、设备上连接管线的多少、管径的粗细、检修的频繁的程度等各种因素，再根据生产经验，决定安全间距。
4. 便于安装和检修
（1）设备要排列整齐，避免过挤过松，要充分考虑工人的操作和交通便利。原料、成品及排出物要有适当的位置和必要的运输通道；
（2）塔和立式设备的人孔，应该对着空场地或检修通道而布置在同一方向。卧式容器的人孔则应布置在一条线上等；
（3）必须考虑设备如何运入或搬出车间，对于运入或搬出次数较多时，宜设大门（大门宽度比最大设备宽0.5m）；对于外型尺寸特大的设备，可设安装洞即在外墙预留洞口，待设备运入之后，再行砌封；
（4）有些设备例如反应釜、塔式设备等安装时一半在楼下，一半在楼上，可从楼板上安装孔吊上；
（5）设备应尽可能避免布置在窗前，以免影响采光和开窗，如必须布置在窗前时，设备与墙间的净距应大于600m；
（6）应考虑安装临时起重运输设备的场所及预埋吊钩，以便悬挂起重葫芦，拆卸及检修设备。
5．要有良好的操作条件
设备布置时，要考虑采光条件，工人应背光操作，另外还要考虑通风。通风措施应根据生产过程中有害物质，易燃、易爆气体的浓度及爆炸极限及厂房的温度决定。此外，还应考虑厂房的卫生条件。厂房太热或太冷，没有通风设备及保暖设备；平台、楼梯位置不妥当，碰头等，这些都必须加以改善。
下图为生产车间布置图
1.高分子，又称（聚合物），一个大分子往往由许多简单的（结构单元）通过（共价键）重复键接而成。 2.（玻璃化温度）和（熔点）是评价聚合物耐热性的重要指标。 3.（缩聚反应）是缩合聚合反应的简称，是指带有官能团的单体经许多次的重复缩合反应而逐步形成聚合物的过程，在机理上属于（逐步聚合），参加反应的有机化合物含有（两个）以上官能团。 4.缩聚反应按缩聚产物的分子结构分类分为（线型）缩聚反应和（体型）缩聚反应。 一、名词解释（1分×20=20分） 1.阻聚剂：具有阻聚作用的物质称为~ 23 2.笼闭效应：聚合体系中引发剂浓度很低，引发剂分子处于在单体或溶剂的包围中，就像关在“笼子”里一样，笼子内的引发剂分解成的初级自由基必须扩散并冲出“笼子”后，才能引发单体聚合。 3. 引发剂效率：引发聚合的部分引发剂占引发剂分解或消耗总量的分率。28 4.自动加速效应（autoacceleration effect）:p40 又称凝胶化效应。在自由基聚合反应中，由于聚合体系黏度增大而使活性链自由基之间碰撞机会减少，难于发生双基终止，导致自由基浓度增加，此时单体仍然能够与活性链发生链增长反应，从而使聚合速率自动加快的现象。 5.半衰期：引发剂分解至起始浓度一半时所需要的时间。27 三、简答题（5分×3=15分） 1. 根据预聚物性质与结构不同预聚物分为那几种？ 根据预聚物性质与结构不同分为：无规预聚物和结构预聚物。 2.反应程度与转化率是否为同一概念？ 反应程度与转化率根本不同。 转化率：参加反应的单体量占起始单体量的分数。是指已经参加反应的单体的数目。 反应程度：是参加反应的官能团数占起始官能团数的分数，用P表示。反应程度可以对任何一种参加反应的官能团而言是指已经反应的官能团的数目。 3.自由基聚合反应转化率-时间曲线特征 诱导期:初级自由基为阻聚杂质所终止，无聚合物形成，聚合速率零。若严格取除杂质，可消除诱导期。 初期：单体开始正常聚合，转化率在5％～10％以下（研究聚合时）或10％～20％（工业上）以下阶段称初期； 此时转化率与时间近似呈线性关系，聚合恒速进行。 中期：转化率达10％～20％以后，聚合速率逐渐增加，出现自动加速现象，直至转化率达50％~70%，聚合速率才逐渐减慢。 后期: 自动加速现象出现后聚合速率逐渐减慢，直至结束，转化率可达90％～100％。 四、问答题（15分×3=45分） 1.自由基聚合与缩聚反应的特征比较 自由基聚合： 1）由基元反应组成，各步反应的活化能不同。引发最慢。 2）存在活性种。聚合在单体和活性种之间进行。 3）转化率随时间增长，分子量与时间无关。 4）少量阻聚剂可使聚合终止。 线形缩聚： 1）聚合发生在官能团之间，无基元反应，各步反应活化能相同。 2）单体及任何聚体间均可反应，无活性种。 3）聚合初期转化率即达很高，官能团反应程度和分子量随时间逐步增大。 4）反应过程存在平衡。无阻聚反应。 2.常用的逐步聚合方法有几种？各自的主要特点是什么？ 熔融缩聚： 优点：生产工艺过程简单，生产成本较低。可连续法生产直接纺丝。聚合设备的生产能力高。 缺点：反应温度高，要求单体和缩聚物在反应温度下不分解，单体配比要求严格；反应物料粘度高，小分子不易脱除。局部过热可能产生副反应，对聚合设备密封性要求高。 适用范围：广泛用于大品种缩聚物，如聚酯、聚酰胺的生产。 溶液缩聚： 优点：溶剂存在下可降低反应温度,避免单体和产物分解，反应平稳易控制。 可与产生的小分子共沸或与之反应而脱除。聚合物溶液可直接用作产品 缺点：溶剂可能有毒，易燃，提高了成本。增加了缩聚物分离、精制、溶剂回收等工序。
《高分子化学》课程考试大纲 （四年制本科） 课程编号：03021203 课程性质：专业限选课 使用专业：应用化学 开设学期：第五学期 考核方式：考试或考查 一、课程考核目的 促进学生认真复习巩固所学的知识，通过本课程的考核，了解学生掌握高分子化学的基础知识和基本原理、基础理论的情况；检验学生灵活运用所学知识、综合分析和解决问题的能力、进一步自学文献书刊的能力。 二、学时数及分配 本课程总学时为45（15周，周课时3）， 三、教材与主要参考书 教材 1、潘才元，《高分子化学》，中国科技大学出版社，1997 主要参考书 1、潘祖仁(浙大),《高分子化学（第二版）》,化工出版社，1997 2、《高分子化学》林尚安编，科学出版社 3、《聚合物化学导论》[美国] R.B.西摩著，新时代出版社 4、《Principles of Polymerization》Georgn Odian
5、《高分子科学简明教程》夏炎主编，科学出版社 6、《高分子化学的理论及应用进展》金关泰主编，中国石化出版社 7、《Macromalecules》Hans-Georg Elias 四、考核的知识点与考核目标 本考试大纲根据上饶师范学院《高分子化学》课程教学大纲的教学要求，以四年制本科人才培养规格为目标，按照高分子化学学科的理论知识体系，提出了考核的知识点和考核的目标。考核目标分为三个层次；了解、理解（或熟悉）、掌握（或会、能），三个层次依次提高。 第一章绪论 考核知识点 1、高分子化合物的基本概念、分类及命名原则； 2、聚合物的平均分子量、分子量分布、大分子微结构等基本概念； 3、聚合物的物理状态和主要性能；高分子科学及其工业发展历史和前景。 考核要求 1、了解聚合物的物理状态和主要性能； 2、了解高分子科学及其工业发展历史和前景； 3、掌握高分子化合物的基本概念、分类及命名原则； 4、掌握聚合物的平均分子量、分子量分布、大分子微结构等基本概念。 第二章自由基聚合反应 考核知识点 1、连锁聚合的单体； 2、自由基聚合机理；
高分子化学期末试题 一、一、填空题 1、Lewis酸通常作为-------型聚合的引发剂，Lewis碱可作为-------型聚合的引发剂。 二组份Ziegler-Natta催化剂是由-------组成的主催化剂和由------组成的共催化剂组成。 2、自由基聚合的特征是-------、-------、-------；阴离子聚合的特征是-------、-------、-------； 阳离子聚合的特征是-------、-------、-------、-------。 3、引发剂引发自由基聚合初期的聚合速率方程是-------。欲提高自由基聚合的聚合物 的分子量，可采用-------（提高或降低）聚合温度、-------（提高或降低）引发剂浓度的方法。 4、用动力学方程推倒自由基二元共聚组成方程时做了5个假定。它们是-------、-------、 -------、-------、-------。 5、单体的相对活性习惯上用-------判定，自由基的相对活性用-------判定。在用Q、e 值判断共聚行为时，Q值代表-------，e值代表-------；若两单体的Q、e值均接近，则趋向于-------共聚；若Q值相差大，则-------；若e值相差大，则-------。Q-e方程的最大不足是-------。 6、从竞聚率看，理想共聚的典型特征为-------。某对单体共聚，r1=0.3，r2=0.1，该共 聚属-------共聚，画出共聚组成曲线-------；若起始f10=0.5，所形成的共聚物的瞬间组成为F10，反应到t时刻，单体组成为f1，共聚物瞬间组成为F1，则f1-------f10（大于或小于），F1-------F10（大于或小于）。 7、从热力学角度看，三、四元环状单体聚合的主要推动力是-------，而十二元以上环 状单体的聚合能力比环烷烃的聚合能力--------（大或小）；从动力学角度看，杂环单体的聚合能力比环烷烃的聚合能力-------（大或小）。 8、线形缩聚的主要实施方法有-------、-------、-------、-------四种方法，其中-------聚合 方法必须采用高活性单体。 9、按参加反应的单体种类，可将逐步聚合分成-------、-------和-------；按反应热力学 特征可将逐步聚合分成-------和-------。 10、体型缩聚的预聚物可分为-------和-------两类，属于前者的例子有-------和--------， 属于后者的例子有-------和-------。 11、顺丁橡胶采用-------交联，二元乙丙橡胶采用-------交联。PMMA热降解的主 要产物是，PVC受热时发生--------。 12、邻苯二甲酸酐与甘油按下列分子摩尔比例反应，用Carothers方法计算凝胶点。 ①邻苯二甲酸酐：甘油=3.00：2.00②邻苯二甲酸酐：甘油=3.00：1.96。 二、二、完成下列反应式和合成聚合物的反应式 1、聚丙烯酰胺的合成 2、IIR的合成 3、聚甲醛的合成 4、PET的合成 5、HIPS的合成 6、苯乙烯阳离子交换树脂的合成 7、维尼纶的合成 8、 9、 H2C C H 2
绪论 一、选择题 1、美国科学家艾伦?黑格、艾伦?马克迪尔米德以及日本 科学家白川英树由于在____领域的开创性贡献，荣获 2000年的诺贝尔化学奖。 A、纳米材料 B、配位聚合 C、基团转移聚合 D、导 电聚合物 2、高分子的概念是20世纪二十年代由_______首先提出的。 A、 Carothers B、Staudinger C、Flory 4、尼龙-610的单体为______。 A、癸二酸； B、己二胺 C、己二酸 D、癸二胺 5、有机玻璃、尼龙－6 、电木、Teflon分别是______。 A、酚醛树脂； B、聚四氟乙烯 C、聚甲基丙烯酸甲酯 D、聚己内酰胺 二、填空题 1、大多数加聚反应属于_____________聚合机理。 2、聚合物按大分子主链的化学组成可分_________、 _________、_________。 3、塑料按其受热行为的不同可分为塑料和塑料。 三、写出下列高分子的重复单元的结构式 PE、PS、PVC、尼龙—66，涤纶 GAGGAGAGGAFFFFAFAF
四、求下列混合物的数均聚合度、质均聚合度好分子量分布指数 组分1：质量分数=0.6，分子量=1x104 组分2：质量分数=0.4，分子量=1x105 第二章逐步聚合 一、选择题 1、当m为_________时，进行缩聚反应易于环 化。 A、5； B、6； C、3和4； D、2 2、在低转化率时就能获得高分子量聚合物的方法是___。 A、熔融缩聚； B、固相缩聚； C、界面缩聚； D、溶液缩聚 GAGGAGAGGAFFFFAFAF
3、缩聚反应中，所有单体都是活性中心，其动力学特点是__。 A、单体慢慢消失，产物分子量逐步增大； B、单体逐步消失，产物分子量很快增大； C、单体很快消失，产物分子量逐步增大； 4、在己二酸和己二醇缩聚反应中加入0.4%的对甲苯磺酸起 到的作用为 _____。 A、提高聚合速率； B、控制分子量； C、链转移剂； 5、合成线型酚醛预聚物的催化剂应选用 _______。 A、过氧化氢； B、草酸； C、正丁基锂； D、氢氧化钙 第三章自由基聚合 一、选择题 1、苯乙烯在除溶剂种类外其它条件均相同的情况下分别在下列四种溶剂中进行自由基聚合，则在__ ______中得到的聚合物的分子量最小。 A、乙苯； B、苯； C、异丙苯； D、甲苯 2、生产聚氯乙烯时，决定产物分子量的因素是 __________。 GAGGAGAGGAFFFFAFAF
高分子化学期末参考试题 1.高分子，又称（聚合物），一个大分子往往由许多简单的（结构单元）通过（共价键）重复键接而成。 2.（玻璃化温度）和（熔点）是评价聚合物耐热性的重要指标。 3.（缩聚反应）是缩合聚合反应的简称，是指带有官能团的单体经 许多次的重复缩合反应而逐步形成聚合物的过程，在机理上属于（逐步聚合），参加反应的有机化合物含有（两个）以上官能团。 4.缩聚反应按缩聚产物的分子结构分类分为（线型）缩聚反应和（体型）缩聚反应。 5.自由基聚合反应转化率-时间曲线特征 诱导期:初级自由基为阻聚杂质所终止，无聚合物形成，聚合速率零。 若严格取除杂质，可消除诱导期。 初期：单体开始正常聚合，转化率在5％～10％以下（研究聚合时）或10％～20％（工业上）以下阶段称初期；此时转化率与时间 近似呈线性关系，聚合恒速进行。 中期：转化率达10％～20％以后，聚合速率逐渐增加，出现自动加速现象，直至转化率达50％~70%，聚合速率才逐渐减慢。 后期: 自动加速现象出现后聚合速率逐渐减慢，直至结束，转化率可达90％～100％。 6.自由基聚合与缩聚反应的特征比较 自由基聚合： 1）由基元反应组成，各步反应的活化能不同。引发最慢。 2）存在活性种。聚合在单体和活性种之间进行。
3）转化率随时间增长，分子量与时间无关。 4）少量阻聚剂可使聚合终止。 线形缩聚： 1）聚合发生在官能团之间，无基元反应，各步反应活化能相同。2）单体及任何聚体间均可反应，无活性种。 3）聚合初期转化率即达很高，官能团反应程度和分子量随时间逐步增大。 4）反应过程存在平衡。无阻聚反应。 7.常用的逐步聚合方法有几种？各自的主要特点是什么？ 熔融缩聚：优点：生产工艺过程简单，生产成本较低。可连续法生产直接纺丝。聚合设备的生产能力高。 缺点：反应温度高，要求单体和缩聚物在反应温度下不分解，单体配比要求严格；反应物料粘度高，小分子不易脱除。局部过热可能产生副反应，对聚合设备密封性要求高。 适用范围：广泛用于大品种缩聚物，如聚酯、聚酰胺的生产。 溶液缩聚： 优点：溶剂存在下可降低反应温度,避免单体和产物分解，反应平稳易控制。 可与产生的小分子共沸或与之反应而脱除。聚合物溶液可直接用作产品 缺点：溶剂可能有毒，易燃，提高了成本。增加了缩聚物分离、精制、溶剂回收等工序。
中北大学高分子化学课程试题答案 试题编号： 01 (A ) 课程代号： 2040301 课程学时： 56 一、基本概念题（共15分,每题3分） ⒈聚合物的化学反应 天然聚合物或由单体经聚合反应合成的聚合物为一级聚合物,若其侧基或端基为反应性基团,则在适当的条件下可发生化学反应,从而形成新的聚合物(为二级聚合物),由一级聚合物变为二级聚合物的 化学反应，谓之。 ⒉缩聚反应 含有两个或两个以上官能团的低分子化合物,在官能团之间发生反应, 缩去小分子的同时生成高聚物的可逆平衡反应，谓之。 ⒊乳化作用 某些物质能降低水的表面张力，能形成胶束，胶束中能增溶单体，对单体液滴有保护作用，能使单 体和水组成的分散体系成为稳定的难以分层的乳液，这种作用谓之。 ⒋动力学链长 一个活性中心，从引发开始到真正终止为止，所消耗的单体数目，谓之。 ⒌引发剂半衰期 引发剂浓度分解至起始浓度的一半所需的时间，谓之。 二、填空题（共20分,每空1分） ⒈自由聚合的方法有本体聚合、悬浮聚合、溶液聚合和乳液聚合。 ⒉逐步聚合的方法有熔融缩聚、溶液缩聚、界面缩聚和固相缩聚等。 ⒊聚氨酯大分子中有氨基甲酸酯基、异氰酸酯基、脲基甲酸酯基和缩二脲 基等基团。 ⒋聚合反应按反应机理可分为连锁聚合、逐步聚合、开环聚合和聚合物的 化学反应。 ⒌聚合物按大分子主链的化学组成可分碳链聚合物、杂链聚合物、元素有机聚合物和无 机聚合物。 三、简答题（共20分每题5分） ⒈乳液聚合的特点是什么? ⑴以水为介质价廉安全,乳液聚合中聚合物的相对分子质量可以很高,但体系的粘度可以很低,故有利于传热,搅拌和物料输送,便于连续操作。 ⑵聚合物胶乳可以作为粘合剂、涂料或表面处理剂等直接利用。 ⑶用于固体聚合物时需要加电解质破乳、水洗和干燥等工序，工艺过程较复杂，生产成本较 悬浮聚合高。 ⑷乳液聚合体系中基本上消除了自动加速成现象；乳液聚合的聚合速率可以很高，聚合物的 相对分子质量也很高。 ⑸产品中的乳化剂难以除净，影响聚合物的电性能。 ⒉乙烯进行自由基聚合时，为什么得到低密度PE？写出产生长支链和短支链有关的化学反应 方程式？ 原因：乙烯高温、高压自由基聚合时，聚乙烯链自由基向聚乙烯大分子的转移反应不能忽略， 链转移的结果使聚乙烯大分子产生长支链和C2～C4短支链。
授课教案 第一次课 第一章绪论 第一节高分子化学的基本概念 高分子化合物结构，分子量，结构单元，重复单元，聚合度 第二节聚合物的分类与命名 按性质和用途，按主链结构，按组成的变化分类，根据原料单体命名，商 品名称和英文缩写 作业： 1 第二次课 第一章绪论 第三节聚合物的分子量及其分布 平均分子量的意义：数均分子量，重均分子量，粘均分子量，分布曲线。 多分散性和分子量分布 第四节高分子链的结构形态 作业：2，3，4 第三次课 第二章自由基聚合反应 第一节概述 单体取代基的电子效应对聚合反应种类的影响。 第二节自由基聚合的聚烯烃 聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯烯腈、聚乙酸乙烯酯和聚四氟乙烯的性能及应用。 第三节自由基聚合反应机理 链引发、链增长、链终止、链转移和阻聚。 作业：2 第四次课 第二章自由基聚合反应 第四节引发剂和引发作用
引发剂；引发剂的分解速率、半衰期和引发效率；诱导效应和 笼蔽效应 作业：4，9 第五次课 第二章自由基聚合反应 第五节自由基聚合反应动力学 自由基聚合速率方程的推导；温度对聚合反应速率的影响；自 动加速作用 作业：6，10 第六次课 第二章自由基聚合反应 第六节平均聚合度和链转移 动力学链长和聚合度；温度对聚合度的影响；链转移和平 均聚合度；向大分子的转移。 第七节聚合反应的单体 单体的聚合能力；单体结构和聚合物结构。 作业：11，12，13，14 第七次课 第二章自由基聚合反应 第八节阻聚剂和阻聚作用 阻聚剂和缓聚剂；烯丙基单体的自动阻聚作用。 第九节聚合反应实施方法 本体聚合；溶液聚合；悬浮聚合；乳液聚合。 作业：17，18，19 第八次课 第三章离子聚合反应 第一节正离子聚合和聚异丁烯 正离子聚合的烯类聚合物；催化剂和共催化剂；溶剂；正
1、使自由基聚合反应速率最快的聚合方式是（C ）。 A.热引发聚合 B.光聚合 C.光敏聚合 D. 热聚合 答案（ C ） 2、在自由基聚合反应中，链自由基的（ D ）是过氧类引发剂引发剂效率降低 的主要原因 A.屏蔽效应 B.自加速效应 C.共轭效应 D.诱导效应 3、MMA（Q=0.74）与（ C ）最容易发生共聚 A. St（1.00 ） B. VC（0.044 ） C. AN ( 0.6 ) D. B( 2.39) 4、异戊二烯配位聚合理论上可制得（ 6 ）种立体规整聚合物。 A. 6 B. 4 C. 5 D.3 1、丁二烯配位聚合可制得（B ）种立体规整聚合物。 A. 6 B. 4 C. 5 D.3 5、是阻聚剂并可用于测定引发反应速率的是（ B ） A.对苯二酚 B.DPPH C.AIBN D.双酚A 3、丁二烯（e=-1.05）与（D ）最容易发生交替共聚 A.苯乙烯（-0.8） B.氯乙烯（0.20） C.丙烯腈(0.6) D.马来酸酐(2.25) 4、不需要引发剂的聚合方法是（D ）。 A.热引发聚合 B.光聚合 C.光敏聚合 D. 热聚合 5、常用于保护单体的试剂是（ D ） A. BPO B.FeCl3 C.AIBN D. 对苯二酚 1、某一聚合反应，单体转化率随反应时间的延长而增加。它属于(连锁)聚合 反应。 2、BPO在高分子合成中是(引发剂)剂，对苯二酚加在单体中用作（阻聚剂）。 3、氧在低温时是(阻聚剂 )、在高温时是（引发剂）。 4、常用的逐步聚合反应方法有(熔融)缩聚、( 溶液) 缩聚、(界面 ) 缩聚。 5、链转移剂能使聚合物的分子量(降低 ) 7、梯形结构聚合物有较高的(热 )稳定性。 8、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚丙烯的结构分别是（-[CH2CH2]n- ）、（-[CH2CH(C6H5)]n- ）、（-[CH2CHCl]n- ）和（-[CH2CHCH3]n- ）。 9、腈纶的化学名称是（聚丙烯腈）。 10、聚合方法分为（两）大类，大多数乙烯基单体发生（连锁）
《高分子化学》课程试题答案 试题编号： 05 (B ) 课程代号： 2040301 课程学时： 56 一、基本概念题（共10分,每题2分） ⒈ 聚酰胺化反应：二元胺与二元羧酸缩聚，缩去小分子水形成聚酰胺的聚合反应。 ⒉ 悬浮聚合：溶有引发剂的单体，借助于悬浮剂的悬浮作用和机械搅拌,使单体以小液滴的形式分散在介质水中而聚合为高聚物的过程。 ⒊ 阴离子型乳化剂的临界胶束浓度：阴离子型乳化剂,在某一温度下,形成胶束的最低浓度，记作用CMC 。。⒋ 非均相溶液聚合：单体溶于溶剂中,聚合物不溶于该溶剂中而沉淀出来, 该聚合体系为非均相溶液聚合体系。⒌ 光引发聚合：不加引发剂，烯类单体在光的作用下，形成单体自由基而聚合的过程称为热引发聚合，简称光聚合。 二、问答题（共20分，每小题5分，根据题目要求简答下列各题） ⒈(5分)以偶氮二异庚腈为引发剂写出苯乙烯自由基聚合时有关的基元反应方程式。 CH 3 C N N C CH 3 2 CH 3 C + N CH 3CN CH 3CH 3CN CN CH 3 C CH 3CN CH 3 C CH 2 CH CH 3CN + CH 2 CH n C H 2 CH +CH 3 C CH 2 CH CH 3CN CH 2 CH CH 3 C CH 2 CH CH 3 CN []n 2CH 2 CH CH 3 C CH 2 CH CH 3 CN []n
C []n CH 2 CH CH 3 C CH 2 CH CH 3CN []n CH CH 2 CH CH 2 CH 3 CN CH 3 ⒉ (5分)为什么自动加速现象使聚合反应的速率和聚合物的相对分子质量增加？ 自动加速的原因是随着反应的进行，体系粘度渐增或链自由基溶解性能变差，链段重排受阻，活性中心被包埋，双基终止困难；而此时，单体的扩散未受阻碍，链增长反应不受影响，造成k t 变小，k p 基本不变，21t p )(/k k 增大。 聚合速率方程和动力学链长方程中都有21t p )(/k k 2121t d p p (I)(M))(=//c c k fk k R 2 121t d p (I)(M)?)(2=//c c k fk k ν 因而，自动加速现象使聚合反应的速率和聚合物的相对分子质量同时增加。 ⒊ (5分)何谓重复单元，结构单元，单体单元？写出PET 的重复单元和结构单元。 聚合物大分子中那些以共价键相互连接重复出现的结构单位称为重复结构单元 (简称重复单元或链节)。重复单元中小的不可再分的与单体结构有关的结构单位称为结构单元。原子种类与数量与单体相同（化学组成相同），仅电子结构有所改变的结构单元称为单体单元。 PET 的重复单元和结构单元 ⒋ （5分）设：) (M )(M =,)(M d )(M d =2121c c R c c ρ，由共聚物组成微分方程， 推导截距-斜率公式2 2 1-=-r ρR r ρR R 。 解：（每错一个方程式扣1分） 共聚物组成微分方程 ) (M +)(M )(M +)(M )(M )(M =)(M d )(M d 122211?2121c c r c c r c c c c
名词解释 1．高分子或称聚合物分子或大分子由许多重复单元通过共价键有规律地连接而成的分子，具有高的分子量. 2．高分子化合物或称聚合物: 由许多单个高分子（聚合物分子）组成的物质。 3．重复单元由实际上或概念上是相应的小分子衍生而来 4．链原子：构成高分子主链骨架的单个原子 5．结构单元构成高分子主链结构组成的单个原子或原子团，可包含一个或多个链单元。 6．重复结构单元：重复组成高分子分子结构的最小的结构单元 7．单体单元：高分子分子结构中由单个单体分子衍生而来的最大的结构单元 8．聚合度（Degree of Polymerization，DP）：单个聚合物分子中所含单体单元的数目。 9．末端基团（End Groups）：高分子链的末端结构单元 10．加聚反应是指聚合产物分子的单体单元的组成与相应的单体分子相同的聚合反应 11．缩聚反应是指聚合产物分子的单体单元组成比相应单体分子少若干原子的聚合反应，在聚合反应过程中伴随有水、醇等小分子副产物生成 12．均聚物如果聚合物分子结构中只有一种重复结构单元、并且该重复结构单元可以只由一种（事实上的、隐含的或假想的）单体衍生而来，则该聚合物为均聚物，否则为共聚物。 13．逐步聚合反应是指在聚合反应过程中，聚合物分子是由体系中的单体分子以及所有聚合度不同的中间产物分子之间通过缩合或加成反应生成的，聚合反应可在单体分子以及任何中间产物分子之间进行。 14．链式聚合反应是指在聚合反应过程中，单体分子之间不能发生聚合反应，聚合反应只能发生在单体分子和聚合反应活性中心之间，单体和聚合反应活性中心反应后生成聚合度更大的新的活性中心，如此反复生成聚合物分子。第二章逐步聚合反应 15．单体功能度（f ) 逐步聚合反应的单体分子要求至少含有两个以上的功能基或反应点，单体分子所含的参与聚合反应的功能基或反应点的数目叫单体功能度（f ) 16．反应程度P = 已反应的A(或B)功能基数/ 起始的A（或B）功能基数，反应过程中功能基的转化程度17．凝胶化现象在交联逐步聚合反应过程中，随着聚合反应的进行，体系粘度突然增大，失去流动性，反应及搅拌所产生的气泡无法从体系中逸出，可看到凝胶或不溶性聚合物明显生成的实验现象。 18．凝胶点出现凝胶化现象时的反应程度叫做凝胶点，以p c表示。 19．预聚物含有反应性功能基，在适宜条件下可进一步发生聚合反应的低聚物称为预聚物 20．固化由预聚体反应生成交联高分子的过程常称为固化。 21．无规预聚物中未反应功能基在分子链上无规分布，通常由交联型逐步聚合反应在P
高分子化学期末考试试卷2005 姓名 学号 一、填空题（20） 1. 连锁聚合反应中， 聚合与解聚达到平衡时的温度 称之为聚合极限温度，它 是 单体浓度 的函数，计算公式为 ] ln[0 M R S H Tc +??= 。 2. 等摩尔投料时，外加酸催化聚酯化反应的速率方程是 2][COOH K dt =， 它适用的转化率范围是 0~98.8% 。 3. 自由基聚合引发剂有热分解型、氧化还原型和低温游离基型。热分解型引发剂典型的是 有机过氧类 、 无机过氧类 和 偶氮双腈类 ，典型的实例分别是 过氧化苯甲酰 、 过二硫酸钾 和 偶氮二异丁腈 ，氧化还原型和低温游离基型的实例为 H 2O 2＋Fe 2＋ 和 AgC 2H 5 。 4. 不可逆缩聚的特征是 在整个缩聚反应过程中聚合物不被缩聚反应的低分子产物所降解 、 也不发生其它的交换降解反应 。 5. 共聚物组成微分方程说明共聚物的组成与 单体的竟聚率和单体的浓度 有关，而与 引发和终止速率 无关，它适用于 所有连锁型 共聚反应。 6. 熔融缩聚指的是 反应温度高于单体和缩聚物的熔点，反应体系处于熔融状态下进行的缩聚反应 ，界面缩聚指的是 两种单体分别溶解在两种互不相容的溶剂中，聚合反应只在两相溶液的界面上进行的缩聚反应 。 7. 引发剂分解一半所需的时间 称为引发剂分解的半衰期。如果已知k d ，半衰期可以由公式 d k t 693 .02/1= 进行计算，比较同一温度下不同引发剂的半衰期就可以比较 引发剂活性的大小 。 8. 乳液聚合时，乳化剂浓度增加，聚合速率 增大 ，分子量 增大 ；引发剂浓度增加使聚合速率 增大 ，分子量 变小 。 9. 阴离子聚合的引发方式主要有 负离子加成引发 、 电子转移引发 和
《高分子化学》课程试题 得分 一、基本概念（共15分,每小题3分） ⒋动力学链长 ⒌引发剂半衰期 二、填空题（将正确的答案填在下列各题的横线处）( 每空1 分，总计20分) ⒈自由聚合的方法有本体聚合、溶液聚合、乳液聚合和悬浮聚合。 ⒉逐步聚合的方法有熔融缩聚、溶液缩聚、固相缩聚和界面缩聚。 ⒊聚氨酯大分子中有、、 和基团。 ⒋聚合反应按反应机理可分为连锁聚合、逐步聚合、 开环聚合和聚合物之间的化学反应四类。 ⒌聚合物按大分子主链的化学组成碳链聚合物、杂链聚合物、元素无机聚合物和元素有机聚合物四类。 得分 三、简答题（共20分，每小题5分） ⒈乳液聚合的特点是什么? ⒊什么叫自由基？自由基有几种类型？写出氯乙烯自由基聚合时链终止反应方程式。 四、（共5分，每题1分）选择正确答案填入( )中。 ⒈自由基共聚合可得到( 1 4 )共聚物。
⑴无规共聚物⑵嵌段共聚物⑶接技共聚物⑷交替共聚物 ⒉为了得到立构规整的PP，丙烯可采用( 4 )聚合。 ⑴自由基聚合⑵阴离子聚合⑶阳离子聚合⑷配位聚合 ⒊工业上为了合成聚碳酸酯可采用( 1 2 )聚合方法。 ⑴熔融缩聚⑵界面缩聚⑶溶液缩聚⑷固相缩聚 ⒋聚合度基本不变的化学反应是( 1 ) ⑴PVAc的醇解⑵聚氨酯的扩链反应⑶高抗冲PS的制备⑷环氧树脂的固化 ⒌表征引发剂活性的参数是( 2 4 ) ⑴k p(⑵t1/2⑶k i⑷k d 五、计算题（共35分，根据题目要求计算下列各题） ⒈(15分)用过氧化二苯甲酰(BPO)作引发剂，60℃研究甲基丙烯酸甲酯的本体聚合。已知：C (偶合终止系数)＝0.15；D (歧化终止系数)＝0.85； f ＝0.8； k p＝3.67×102 L/ mol.s；k d ＝2.0×10-6 s-1； k t＝9.30×106 L/ mol.s；c(I)＝0.01 mol / L； C M＝1.85×10-5；C I＝2×10-2； 甲基丙烯酸甲酯的密度为0.937 g./ cm3； X。 计算：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的平均聚合度 n 《高分子化学》课程试题 一、基本概念（共14分，5. 2分, 其余3分） ⒋自由基共聚合反应
高分子化学的认识与感悟 摘要：高分子化学是研究高分子化合物的合成、化学反应的一门学科，同时还涉及聚合物的结构和性能。本文是讲述我在学习了高分子化学这门课程之后对这门课程的掌握、理解，以及我感兴趣的高分子化学课程中的聚合方法的理解。 关键字：高分子化学高分子聚合物聚合方法 一.我对高分子化学的掌握 1.什么是高分子化学 高分子化学是研究高分子化合物（简称高分子）合成（聚合）和化学反应的一门科学；同时还会涉及聚合物的结构和性能。同时也涉及高分子化合物的加工成型和应用等方面。 高分子也成聚合物（或高聚物），有时高分子可指一个大分子，而聚合物则指许多大分子的聚集体。高分子的相对分子质量非常的大，小到几千，大到几百万、上千万的都有。我们有时将相对分子质量较低的高分子化合物叫低聚物。 2.高分子的分类和命名 2.1高分子分类 从不同的专业角度，对高分子进行多种分类，例如按来源、合成方法、用途、热行为、结构等来分类。 在高分子课程学习中，我们对高分子的分类是按有机化学和高分子化学角度来考虑，是按照主链结构将高分子分成三大类： ①碳链聚合物：主链完全有碳原子组成，比如绝大部分的烯类和二烯类的加 成聚合物。 ②杂链聚合物：主链除了碳原子外，还有氧、氮、硫等杂原子，比如聚醚、 聚酯、聚酰胺等缩聚物和杂环开环聚合物以及大多数天然高分子。 ③元素有机聚合物：主链中没有碳原子，主要由硅、硼、铝和氧、氮、硫、 磷等原子组成，但多半是有机基团，比如甲基、乙基、乙烯基、苯基等。 如果主链和侧基均无碳原子，则称物价高分子，像硅酸盐之类。 2.2高分子命名 在有机化学中我们就学过聚合物的命名，在高分子化学中聚合物的命名跟我们以往的命名没有什么区别，在这里命名方法主要分两类： ①单体来源命名法：就是聚合物名称以单体名为基础。比如乙烯的聚合物我 们称为聚乙烯。 ②结构单元命名法：就像有机化学里一样，先确定重复单元结构，排好单元 次序，命名。最后在名字前加一个聚就可以了。 3.聚合反应与聚合方法 3.1聚合反应 在我们学习高分子化学过程中，聚合反应贯穿了我们整个课本，从缩聚和逐步聚合到自由基聚合、自由基共聚合、离子聚合、配位聚合、开环聚合等，聚合反应中有涉及到聚合物的分子量和分布还有聚合物的大分子的结构、它们的链状和聚合物的聚集态、热转变之类的。我们知道聚合反应有很多种类型，同样我们可以将聚合反应分类。
一、基本概念题（共10分,每题2分） ⒈聚合物相对分子质量稳定化法：聚合物相对分子质量达到要求时,加入官能团封锁剂,使缩聚物两端官能团失去再反应的能力,从而达到控制缩聚物相对分子质量的目的的方法。 ⒉体型缩聚的凝胶点：体型缩聚中出现凝胶时的反应程度，记作 P c ⒊乳化剂的亲水亲油平衡值HLB：根据乳化剂亲油基和亲水基对其性能的贡献,给每一种乳化剂一个数值叫亲水亲油平衡值,用HLB来表示，它表示乳化剂的亲水性能的大小。⒋本体聚合：单体在少量引发剂作用下形成高聚物的过程。 ⒌引发剂的诱导分解：链自由基向引发剂的转移反应。 二、填空题（共20分,每空1分） ⒈体型缩聚物有环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂和不饱和聚酯树脂等。 ⒉线型缩聚物有PET树脂、PA-66树脂、PC 和PA-1010树脂等。 ⒊计算体型缩聚的凝胶点有Carothers 方程和Flory 统计公式。 ⒋引发剂的选择原则是根据聚合实施方法选择引发剂种类、根据聚合温度选择分解活化能适当的引发剂、根据聚合周期选择半衰期适当的引发剂。 ⒌本体聚合应选择油溶性引发剂、乳液聚合应选择水溶性引发剂。 三、简答题（共25分，每题5分，意义不完全者适当扣分） ⒈界面缩聚的特点是什么? ⑴界面缩聚是不平衡缩聚,需采用高反应活性的单体，反应可在低温下进行,逆反应的速率很低,甚至为0。属于不平衡缩聚。缩聚中产生的小分子副产物容易除去,
不需要熔融缩聚中的真空设备。同时,由于温度较低避免了高温下产物氧化变色降解等不利问题。 ⑵ 反应温度低,相对分子质量高。 ⑶ 反应总速率与体系中单体的总浓度无关,而仅决定于界面处的反应物浓度.只 要及时更换界面,就不会影响反应速率。聚合物的相对分子质量与反应程度、本体中官能团物质的量之比关系不大, 但与界面处官能团物质的量有关. ⑷ 界面缩聚由于需要高反应活性单体,大量溶剂的消耗,使设备体积宠大,利用 率低。因此,其应用受到限制。 ⒉ 请指出在什么条件下自由基聚合反应速率p R 与引发剂浓度c (I)的反应级数 为：⑴ 0级；⑵ 0.5级；⑶ 0.5~1级；⑷ 1级 ⑸ 0~0.5级。 答:：⑴ 热聚合时，0p (I)c R ∝，聚合速率与引发剂浓度无关。 ⑵ 双基终止时，0.5p (I)c R ∝，聚合速率对引发剂浓度为0.5级反应。 ⑶ 单、双基终止兼而有之时，1~05p (I) c R ∝，聚合速率对引发剂浓度为0.5~1级反应。 ⑷ 单基终止时，(I)p c R ∝，聚合速率对引发剂浓度为1级反应。 ⑸ 选用偶氮苯三苯甲烷引发剂时，0.5~0p (I)c R ∝，聚合速率对引发剂浓度为 0~0.5级反应。 ⒊ 为什么自由基聚合时聚合物的相对分子质量与反应时间基本无关，缩聚反 应中聚合物的相对分子质量随时间的延长而增大？ 自由基聚合遵循连锁聚合机理：链增加反应的活化能很低， kJ/mol 3420p ~E =，聚合反应一旦开始，在很短的时间内（0.01s~几秒）就有
江南大学考涤纶聚酯属于 ( ) 考试形式开卷（）、闭卷（√），在选项上打（√） 开课教研室材料命题教师倪才华命题时间2008.12. 使用学期 1 共 6 页，第 1 页教研室主任审核签字 .
1. 分子量分布指数 为提高聚甲醛的热稳定性，可以采取的两个措施是什么？简述理由。
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第 4 页 5. 解释笼蔽效应和诱导分解，它们对引发效率有什么影响？ 四、写出下列聚合反应，并指出其机理。〖每小题2分，共10分〗 1. 3，3′-二（氯亚甲基）丁氧环的开环聚合； 2. 尼龙-66的制备； 3. 聚乙烯醇与甲醛的反应； 4. 有机玻璃的制备； 5. 环氧树脂的制备。 试 卷 专 用 纸
第 5 页 江南大学考五、写出下列聚合反应的机理。〖每小题10分，共 20 分】 1.四氢呋喃中用SnCl 4 + H 2 O引发异丁烯聚合，写出引发，增长，终止的基元反应。 2. 写出用AIBN 引发甲基丙烯酸丁酯聚合的各基元反应。 六、计算题。【每小题10分，共30分】 1. 邻苯二甲酸酐(1.5摩尔)、乙二醇（1.35摩尔）、甘油（0.1摩尔）混合体系进行缩聚。试求 a. p=0.98时的 n X b. n X= 500时的p
第 6 页 第 6 页江南大学考 2. 甲基丙烯酸甲酯由引发剂引发进行自由基聚合，终止后每一大分子含有1.50个引发剂残基，假设无链转移发生，试计算歧化终止与偶合终止的相对数量。 3. 在搅拌下依次向装有四氢呋喃的反应釜中加入0.2mol n-BuLi和20kg苯乙烯。当单体聚合了一半时，向体系中加入1.8g H2O，然后继续反应。假如用水终止的和继续增长的聚苯乙烯的分子量分布指数均是1，试计算 （1）被水终止的聚合物的数均分子量； （2）继续增长所得聚合物的数均分子量； （3）整个体系所得聚合物的数均分子量及其分子量分布指数。
高分子材料课程教学大纲 一、课程说明 （一）课程名称、所属专业、课程性质、学分； 课程名称：高分子材料 所属专业：材料化学 课程性质：必修 学分：2 （二）课程简介、目标与任务； 课程简介：高分子材料是材料科学与工程科学科的一个重要组成部分，课程以聚合物材料为研究对象，从材料学基本知识为基础，结合高分子材料自身的特点，结合高分子材料的各类助剂，主要讲述了各类高分子材料的特征、物理性质（如力，电，摩擦学等性质）及应用领域；此外，也介绍了各类功能高分子材料的制备及主要品种，应用范围及其加工工艺。 目标与任务：本课程是针对材料化学专业开设的一门必修课。通过对本课程的学习，使学生掌握高分子材料结构，合成和性能三者之间的关系，了解主要高分子材料及其应用，并进一步掌握当今高分子材料的研究及发展现状，开阔视野，拓宽知识面。本课程以课堂讲述为主，辅以资料查阅文献调研及习题解答。 （三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接； 高分子材料这门课以高分子导论为基础，某些章节与高分子导论有紧密的联系，应课程要求，需要具备化学合成及高分子物理方面的基础知识。 （四）教材与主要参考书。 教材： 《高分子材料导论》主编：张留成化学工业出版社2007 主要参考书目： 1.《高分子材料》第二版，贾红兵，宋晔，杭祖圣，南京大学出版社，2013 2.《高分子科学教程》主编：韩哲文华东理工大学出版社2001 3.《高分子化学与物理教程》主编：赫立新、潘炯玺化学工业出版社1997 4.《高聚物结构、性能与测试》主编：焦剑、雷渭媛化学工业出版社2003 5.《高分子化学》主编：潘祖仁化学工业出版社第四版 6.Hall C. Polymer Materials. The Macmillan press LTD. 1981. 二、课程内容与安排 第一章高分子材料概述 第一节材料科学及其发展现状 第二节高分子材料的基本概念的命名和分类
第 １ 页 ( 共 5 页 ) 陕西师范大学2013—2014学年第一学期期末考试 化学化工学院学院2011级 答卷注意事项： 、学生必须用蓝色（或黑色）钢笔、圆珠笔或签字笔直接在试题卷上答题。 2、答卷前请将密封线内的项目填写清楚。 3、字迹要清楚、工整，不宜过大，以防试卷不够使用。 4、本卷共 5大题，总分为100分。 一、写出下列化合物的结构式及化学名称(每小题2分, 10分) 1. PA-610 聚癸二酰己二胺 H —[NH(CH 2)6NH-CO(CH 2)8CO]n --OH 2. PV A 聚乙烯醇 3. PMMA 聚甲基丙烯酸甲酯 4. PET 聚对苯二甲酸乙二醇酯 OC n HO COO(CH 2)2O H CH CH 2OH n CH CH 2OH n CH 2C CH 3 COOCH 3 n
第 ２ 页 ( 共 5 页 ) 5. POM 聚甲醛 二、填空题（每空1.0分，共25分） 1. 连锁聚合反应中, (称之为平衡温度，它是(单体浓度)的函数，其计算公式为(T e =?H ○一 / ?S ○一 2. 共聚物组成微分方程说明共聚物的组成与（单体的竟聚率和单体的浓度）关，而与（引发和终止速率）无关。 3. 影响开环聚合难易程度的因素有：(环的大小)，(构成环的元素)，（基）； 4．界面缩聚所用的单体必须是（活性较高的单体）；不必严格(度和等物质的量配比)。 5. 从聚合机理看，HDPE 属于（配位(阴离子)）聚合，LDPE 属于（自由基LDPE 密度低的原因是在聚合过程中（ 6. 在Ziegler-Natta 引发体系中，凡能使丙烯聚合的引发剂（一般都能使合，能使乙烯聚合的（却不一定能使）丙烯聚合。 7. 阳离子聚合的引发剂主要为 （酸），它包括（质子酸）和 （路易斯酸）（质子酸） 一般只能得到低聚物。 8. 本体聚合应选择（油溶性）引发剂，乳液聚合应选择（水溶性）引发剂。 9.使聚合度增大的反应有（接枝、嵌段、扩链、交联） 10. 下列单体进行自由基聚合，比较聚合热的大小（填>或<） A. (a). CH2=CH2 (b) CH2=CHCl (a) (<) (b) B. (c) CH2=CH-ph (d) CH2=C(CH3)ph (c) (>) (d) C. (e) CH=CH-COOH (f) CH2=CH-COOCH3 (e) (<) (f) 三、选择题（每小题1.5分，共15分） 1.O H 2C n