课程设计
课程名称高分子化学与高分子材料
题目名称25000t/a聚醋酸乙烯酯乳液聚合工艺设计专业班级
学生姓名
学号
指导教师
二O一二年十二月二十五日
《高分子化学与材料课程设计》任务书
一、本课程设计的性质、任务与目的
1. 本课程设计的性质
本课程是应用化学专业的一门实用性和技术性很强的专业课程。学生在学完高分子化学与材料课程后，综合运用所学的高分子化学与材料及化工原理相关知识，进行初步的工艺设计。
2.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。
3.本课程设计的目的
①了解和掌握高分子材料基本类别、结构与性能，高分子材料制备过程中的基本反应类型、高分子合成材料添加剂与高分子材料成型工艺等内容基础知识；
②掌握检索文献的方法；
③通过阅读文献，了解并掌握高分子材料制备与设计的基本原理，并能独立完成特定高分子材料的合成方案。
④通过专业课程设计使学生掌握应具备的基本高分子化工设计技能。
二、课程设计的主要内容
1.设计方案选择，对给定或选定的设计方案进行简要论述。
2.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。
3.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。
4.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。
三、设计说明书的基本要求
设计说明书应当包括以下几个内容：
1.封面
2.任务书
3.目录
4.流程和方案的说明及论证
5.设计物料衡算与说明
6.设备选型及设计
7.对设计的评述及结论
8.参考文献目录
四、课程设计题目
55000t/a聚醋酸乙烯酯乳液聚合的工艺设计
1.生产规模： 55000t/a
2.生产时间： 300d/a
3.间歇操作，聚合釜每天2批，其他原料配制每天1批。
4.生产配料表
组分名称重量（份）
单体醋酸乙烯酯150
稳定剂聚乙烯醇 5.8
乳化剂OP-10 1.2
引发剂过硫酸钾0.3
pH调节剂碳酸氢钠0.4
介质蒸馏水100
增塑剂邻苯二甲酸二丁酯11
5.生产技术指标
项目内容技术指标项目内容技术指标过滤器过滤损失率3% 过硫酸钾溶液浓度20%
碳酸氢钠溶液浓度8% 聚乙烯醇溶液浓度25%
引发剂的效率f 0.85
上述均为质量标准，原料均视为纯物质。
6.反应条件自拟
目录
一、绪论 (5)
二、工艺流程和方案的说明和论证 (5)
三、物料衡算 (7)
四、热量衡算 (12)
五、聚合釜及各设备选型 (14)
六、生产车间布置 (16)
七、对设计的评述及结论 (18)
八、参考文献 (18)
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和论证
1、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摄氏度，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摄氏度，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摄氏度进行反应，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摄氏度，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)。
2、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。
聚醋酸乙烯酯乳液聚合的工艺条件
（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。
W104M 7
M 8
V103
M10
M11
W105
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
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25000t ，年开工300d ，每天生产两批，过滤器过滤损失率为3%。
①引发剂（0.2%单体质量）85%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
（7）顺流程逐个设备展开计算 ①V101（溶解釜）物料衡算
M3
②V102（过滤器）物料衡算
M4
已知V102
过滤器的过滤损失率3%
③R101（聚合釜）物料衡算
合计：
合计：
④V103（过滤器）物料衡算
已知V103过滤损失率为3%
（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：
说明整个聚合工序的物料衡算过程是正确的。
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
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QT=Q1+Q2+Q3+Q4对传热进行平衡计算，计算单位为。
③收集数据
a.工艺参数
V101：升温至80摄氏度，搅拌4-6小时。
R101：将釜中物料升温至60摄氏度向夹套通入冷却水进行换热，控制温度，稳定在60摄氏度进行反应，反应时间10hr 反应完全后，向聚合釜(R101)夹套通入冷却水冷却至50摄氏度。
b.物料衡算的结果
表3. 聚合釜R101物料衡算结果表
c. 各种物性数据
表4. 各种物性数据表
④热量平衡关系式
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. Q1（显热）的计算
反应为恒容过程，所以
b. Q2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
因为单体100%转化成聚合物，所以，且反应放热
故
c. Q3（设备温度变化)
设备温度由25℃升温至60℃
计算过程中设备向外界环境散失的热量忽略不计，所以Q4=0 所以
Ⅱ向聚合釜(R101)夹套通入冷却水从60℃冷却至50℃
a. Q1（显热）的计算
反应为恒容过程，所以
b. Q2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Q2=0
c. Q3（设备温度变化）
设备温度有由60℃冷却至50℃
计算过程中设备向外界环境散失的热量忽略不计，所以Q4=0
⑥求出与外界的传热量、传热方向
因为，为负值，说明需由系统向外界撤除热量，此时需使用冷却
所以，可选容积为80m3的碳钢聚合釜。
选择的各设备规格如下（表5）
表5 各设备规格表
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
七、对设计的评述及结论
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我们掌握应具备的基本设计技能，待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。
做任何事情只有付出了才会有收获。从最初的无从着手，到一遍又一遍的计算，终于还是将其完成了。期间的过程虽然说是曲折的，但是最终还是学到了很多东西。
本次课程设计，我们查阅了相关的文献，理清了自己的设计思路，通过对聚醋酸乙烯酯乳液聚合间歇操作的方案设计，提高了我们综合应用专业知识解决工程实际问题的能力，培养了我实事求是、耐心细致及严谨负责的工作作风。
通过对聚醋酸乙烯酯乳液聚合间歇操作的方案中生产装置的设计，我了解了化工生产装置开发的全过程及特点，了解了化工设计过程中工艺设计的重要意义及作用，了解了各种专业知识在工程实践中是如何应用的，掌握了化工工艺设计的基本步骤、主要内容及工作方法，掌握了现代化设计工具，提高了工程技术能力及工程制图能力，为将来成为现代化工程技术人员打下坚实的基础。
八、参考文献
1. 陈昀主编. 聚合物合成工艺设计. 北京：化学工业出版社，2004.6
2. 娄爱娟，吴志泉，吴叙美. 化工设计. 上海：华东理工大学出版社，2002.7
3. 时均，陈敏恒等主编. 化学工程手册. 北京：化学工出版社，1996
4. 王久芬. 高聚物合成工艺. 北京：国防工业出版社，200
5.7
5. 刘光启等编. 化学化工物性数据手册. 北京：化学工业出版社，2002
第一章 1.简述高分子化合物的生产过程。 答：(1)原料准备与精制过程; 包括单体、溶剂、去离子水等原料的贮存、洗涤、精制、干燥、调整浓度等过程和设备。(2)催化剂(引发剂)配制过程; 包括聚合用催化剂、引发剂和助剂的制造、溶解、贮存。调整浓度等过程与设备。(3)聚合反应过程；包括聚合和以聚合釜为中心的有关热交换设备及反应物料输送过程与设备.(4)分离过程；包括未反应单体的回收、脱出溶剂、催化剂，脱出低聚物等过程与设备。(5)聚合物后处理过程；包括聚合物的输送、干燥、造粒、均匀化、贮存、包装等过程与设备。(6)回收过程；主要是未反应单体和溶剂的回收与精制过程及设备。 2 简述连续生产和间歇生产工艺的特点 答：间歇生产是聚合物在聚合反应器中分批生产的，经历了进料、反应、出料、清理的操作。优点是反应条件易控制，升温、恒温可精确控制，物料在聚合反应器中停留的时间相同，便于改变工艺条件，所以灵活性大，适于小批量生产，容易改变品种和牌号。缺点是反应器不能充分利用，不适于大规模生产。 连续生产是单体和引发剂或催化剂等连续进入聚合反应器，反应得到的聚合物则连续不断的流出聚合反应器的生产。优点是聚合反应条件稳定，容易实现操作过程的全部自动化、机械化，所得产品质量规格稳定，设备密闭，减少污染。适合大规模生产，因此劳动生产率高，成本较低。缺点是不宜经常改变产品牌号，不便于小批量生产某牌号产品。 3.合成橡胶和合成树脂生产中主要差别是哪两个过程，试比较它们在这两个生产工程上的主要差别是什么？ 答:合成树脂与合成橡胶在生产上的主要差别为分离工程和后处理工程。 分离工程的主要差别：合成树脂的分离通常是加入第二种非溶剂中，沉淀析出；合成橡胶是高粘度溶液，不能加非溶剂分离，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。 后处理工程的主要差别：合成树脂的干燥，主要是气流干燥机沸腾干燥；而合成橡胶易粘结成团，不能用气流干燥或沸腾干燥的方法进行干燥，而采用箱式干燥机或挤压膨胀干燥剂进行干燥。 4. 简述高分子合成工业的三废来源、处理方法以及如何对废旧材料进行回收利用。 答: 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来源于聚合物分离和洗涤操作排放的废水和清洗设备产生的废水;废渣主要来源于生产设备中的结垢聚合物和某些副产物.。 对于废气处理，应在生产过程中严格避免设备或操作不善而造成的泄露，并且加强监测仪表的精密度，以便极早察觉逸出废气并采取相应措施，使废气减少到容许浓度之下。对于三废的处理，首先在井陉工厂设计时应当考虑将其消除在生产过程中，不得已时则考虑它的利用，尽可能减少三废的排放量，例如工业上采用先进的不适用溶剂的聚合方法，或采用密闭循环系统。必须进行排放时，应当了解三废中所含各种物质的种类和数量，有针对性地回收利用和处理，最后再排放到综合废水处理场所。 废弃物的回收利用有以下三种途径： 1,、作为材料再生循环利用； 2、作为化学品循环利用； 3、作为能源回收利用
第一章酚醛树脂合成 一：酚醛树脂配方 苯酚：200 kg 甲醛：350kg 液碱：7kg 甲酸：2.2g 液碱配方：片碱：20g 水:(不含酸碱及其它成分)：49.5g 二：上料前应注意以下问题 （1）苯酚是否结晶。 （2）甲醛是否有聚合物。 三：上料步骤 将甲醛一部分甲醛吸入反应釜中，打开搅拌机，将苯酚吸入反应釜，按照比例再将甲醛吸入，搅拌约20分钟，搅拌均匀即可。 四：生产前应注意 （1）检查供电是否正常。 （2）检查冷水供应是否正常。 （3）检查锅炉供气是否正常。 （4）检查各阀门是否正常。 （5）正常与否都要做好记录。 五：操作步骤 （1）开蒸汽（流程图①）将釜中原料加温至28℃，再加液碱，釜中温度计（流程图③）显示30℃时开始，将温度的提升速度控制在大约每分钟1℃，升温的速度要稳定，升至60℃的时间控制在35 --- 45分钟为佳。 （2）60℃升温至70℃的速度要控制在大约每三分钟1℃，升温的速度要稳定，自60℃升至70℃的时间要控制在35 --- 45分钟；温度达到70℃时，将蒸汽关闭。 （3）温度升至72.-73℃时定温，可以通过往釜层中加水的方式进行定温，使温度保持在72-73℃之间。 （4）自温度升至60℃的时间起，再过210分钟左右，进行中间化验。（化验过程：见第二页七条） （5）甲醛和苯酚反应充分时，开始加甲酸。加完甲酸7分钟后，放完釜层中的水打开蒸汽，开始抽真空。抽真空的操作步骤如下：开启真空泵（流程图15），，观察缓冲器（流程图13）的真空表（流程图21），当真空表显示的负压达到0.08以上时，再缓慢开启（流程图24）阀门，开启的速度要保证缓冲器的负压不低与0.07（流程图21），一直到全部打开，正常工作。 （6）抽真空时注意观察视镜（流程图⑨），自视镜出水开始，将温度下降的速度每8分钟降11℃为正常，直至降到55-58℃时，抽真空时间一般在50-60分钟，随后温度自然上升，上升至63.5℃时关闭蒸汽阀门（流程图①）。打开排气阀（流程图⑤），再在釜
酚醛树脂是由酚类化合物(如苯酚、甲酚、二甲酚、间苯二酚、叔丁酚、双酚A等)与醛类化合物(如甲醛、乙醛、多聚甲醛、糠醛等)在碱性或酸性催化剂作用下，经加成缩聚反应制得的树脂统称为酚醛树脂。酚与醛的反应是比较复杂的，由于苯酚与甲醛的摩尔比，所用催化剂的不同，加成与缩聚反应的速度和生成物也有差异。 一、碱性催化剂的反应 很多无机碱和有机碱都可用作碱性催化剂，常用的有氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化铵、氢氧化钙、乙胺等。1mol(有时高达2.5mol)甲醛在碱性催化剂条件下，加成反应占优势，而缩合反应进行较慢，生成的初期树脂为甲阶酚醛树脂，主要反应历程如下： 1、加成反应(羟甲基化) 苯酚与甲醛首先进行加成反应，生成1~3羟甲基苯酚 2、缩合反应(亚甲基化) 羟甲基酚进一步缩合形成初期树脂或称热固性酚醛树(resols)、甲阶树脂(A-stage resins)、一步树脂。 (1)、苯酚与羟甲基酚进行反应生成二(羟苯基甲烷) (2)、羟甲基酚之间进行反应 (3)、苯酚或羟甲基与二聚体或多聚体进行反应，多聚体之间进行反应。 二、酸性催化剂的反应 酸性催化剂是较强的酸，包括无机酸和有机酸，常用的有盐酸、硫酸、草酸、苯磺酸、石油磺酸、氯代醋酸等。在酸性催化反应中，一般采均用苯酚与甲醛的摩尔比大于1：0.9，生成的羟甲基与酚核的缩合速度远远超过甲醛与苯酚的加成速度，得到的树脂呈线型结构，是可熔的。因此称为热塑性酚醛树脂(novolak)或线型酚醛树脂。反应历程如下： 酸性催化下甲醛被活化亚甲基化反应速度大于羟甲基化反应速度生成线型热塑性酚醛树脂。 (1)、甲醛与水结合可形成亚甲基二醇(HOCH2OH)，在酸性介质中，亚甲基二醇生成羟甲基正离子；(+CH2OH)羟甲基正离子在苯酚的邻位和对位上进行亲电取代反应，生成邻羟甲基苯酚和对羟甲基苯酚
1. 简述高分子化合物的生产过程。 答：(1)原料准备与精制过程；包括单体、溶剂、去离子水等原 料的贮存、洗涤、精制、干 燥、调整浓度等过程和设备。 (2)催化剂(引发剂)配制过程；包括聚合用催化剂、引发剂和 助剂的制造、溶解、贮存。调整浓度等过程与设备。 釜为中心的有关热交换设备及反应物料输送过程与设备 收、脱出溶剂、催化剂，脱出低聚物等过程 与设备。 输送、干燥、造粒、均匀化、贮存、包装等过程与设 备。 和溶剂的回收与精制过程及设备。 2简述连续生产和间歇生产工艺的特点 优点是反应条件易控制， 升温、恒温可精确控制，物料在聚合反应器中停留的时间相同，便 于改变工艺条件，所以灵活性大，适于小批量生产，容易改变品种和牌号。 缺点是反应器不 能充分利用，不适于大规模生产。 连续生产是单体和引发剂或催化剂等连续进入聚合反应器，反应得到的聚合物则连续 不断的流出聚合反应器的生产。优点是聚合反应条件稳定，容易实现操作过程的全部自动化、 机械化，所得产品质量规格稳定，设备密闭，减少污染。适合大规模生产，因此劳动生产率 高，成本较低。缺点是不宜经常改变产品牌号，不便于小批量生产某牌号产品。 3. 合成橡胶和合成树脂生产中主要差别是哪两个过程，试比较它们在这两个生产工程上的 主要差别是什么？ 答：合成树脂与合成橡胶在生产上的主要差别为分离工程和后处理工程。 分离工程的主要差别：合成树脂的分离通常是加入第二种非溶剂中，沉淀析出；合成橡 胶是高粘度溶液，不能加非溶剂分离， 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。 后处理工程的主要差别：合成树脂的干燥，主要是气流干燥机沸腾干燥；而合成橡胶易 粘结成团，不能用气流干燥或沸腾干燥的方法进行干燥， 而采用箱式干燥机或挤压膨胀干燥 剂进行干燥。 4. 简述高分子合成工业的三废来源、处理方法以及如何对废旧材料进行回收利用。 答：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来源于聚合物分离和洗涤操作排放的废水和清洗设备产生的 废水；废渣主要来源于生产设备中的结垢聚合物和某些副产物 .。 对于废气处理，应在生产过程中严格避免设备或操作不善而造成的泄露， 并且加强监测 仪表的精密度，以便极早察觉逸出废气并采取相应措施， 使废气减少到容许浓度之下。 对于 三废的处理，首先在井陉工厂设计时应当考虑将其消除在生产过程中， 不得已时则考虑它的 利用，尽可能减少三废的排放量，例如工业上采用先进的不适用溶剂的聚合方法， 或采用密 闭循环系统。必须进行排放时，应当了解三废中所含各种物质的种类和数量， 有针对性地回 收利用和处理，最后再排放到综合废水处理场所。 废弃物的回收利用有以下三种途径： 1、 、作为材料再生循环利用； 2、 作为化学品循环利用； 3、 作为能源回收利用 第一章 答：间歇生产是聚合物在聚合反应器中分批生产的, 经历了进料、反应、出料、清理的操作。 (3)聚合反应过程；包括聚合和以聚合 ?(4)分离过程；包括未反应单体的回 (5)聚合物后处理过程；包括聚合物的 (6)回收过程；主要是未反应单体
酚醛树脂 1.摘要 酚醛树脂是一种最经典的人工合成树脂，有近百年的使用史。由于酚醛树脂的原料易得，价格低廉，生产工艺和设备简单，而且制品具有优异的机械性能，耐热性、耐寒性、电绝性、尺寸稳定性、成型加工型、阻燃性及低烟雾性。因此其成为工业部门不可缺少的材料，被广泛应用于固结磨具、涂附磨具、摩擦材料、耐火材料以及电木粉、烟花爆竹、铸造等各个领域。 2.引言 酚醛树脂是由苯酚和甲醛在催化剂条件下缩聚、经中和、水洗而制成的树脂，其中以苯酚和甲醛树脂为最重要。也是世界上最早由人工合成的，至今仍很重要的高分子材料。因选用催化剂的不同，可分为热固性和热塑性两类。酚醛树脂具有良好的耐酸性能、力学性能、耐热性能，广泛应用于防腐蚀工程、胶粘剂、阻燃材料、砂轮片制造等行业。 酚醛树脂为热固性树脂，与其它热固性树脂相比，其优点有：(1)固化时不需要加入催化剂、促进剂，只需加热、加压，调整酚与醛的摩尔比与介质pH值，就可得到具有不同性能的产物。(2)固化后密度小，机械强度、热强度高，变形倾向小，耐化学腐蚀及耐湿性高，是高绝缘材料。 3.1酚醛树脂的合成原理 酚醛树脂也叫电木，又称电木粉。原为无色或黄褐色透明物，市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝等颜色，有颗粒、粉末状。耐弱酸和弱碱，遇强酸发生分解，遇强碱发生腐蚀。不溶于水，溶于丙酮、酒精等有机溶剂中。苯酚与甲醛缩聚而得。它包括：线型酚醛树脂、热固性酚醛树脂和油溶性酚醛树脂。主要用于生产压塑粉、层压塑料；制造清漆或绝缘、耐腐蚀涂料；制造日用品、装饰品；制造隔音、隔热材料等。常见的高压电插座、家具塑料把手等等phenolic resin,简称PF，酚醛树脂.为黄色、透明、无定形块状物质，因含有游离分子而呈微红色，比重1.25~1.30，易溶于醇，不溶于水，对水、弱酸、弱碱溶液稳定。由苯酚和甲醛在催化剂条件下缩聚、经中和、水洗而制成的树脂。 3.2酚醛树脂的重要性能 高温性能酚醛树脂最重要的特征就是耐高温性，即使在非常高的温度下，也能保持其结构的整体性和尺寸的稳定性。正因为这个原因，酚醛树脂才被应用于一些高温领域，例如耐火材料，摩擦材料，粘结剂和铸造行业。 粘结强度酚醛树脂是一种多功能，与各种各样的有机和无机填料都能相容的物质。设计正确的酚醛树脂，润湿速度特别快。并且在交联后可以为磨具、耐火材料，摩擦材料以及电木粉提供所需要的机械强度，耐热性能和电性能。 水溶性酚醛树脂或醇溶性酚醛树脂被用来浸渍纸、棉布、玻璃、石棉和其它类似的物质为它们提供机械强度，电性能等。典型的例子包括电绝缘和机械层压制造，离合器片和汽车滤清器用滤纸。 高残碳率在温度大约为1000℃的惰性气体条件下，酚醛树脂会产生很高的残碳，这有利于维持酚醛树脂的结构稳定性。酚醛树脂的这种特性，也是它能用于耐火材料领域的一个重要原因。
酚醛树脂合成原理介绍 ( 一)合成反应酚醛树脂的合成反应分为两步，首先是苯酚与甲醛的加成反应，随后是缩合及缩聚反应。即： 1、加成反应在适当条件下，一元羟甲基苯酚继续进行加成反应，就可生成二 ( 一)合成反应 酚醛树脂的合成反应分为两步，首先是苯酚与甲醛的加成反应，随后是缩合及缩聚反应。即： 1、加成反应 在适当条件下，一元羟甲基苯酚继续进行加成反应，就可生成二元及多元羟甲基苯酚： (2)缩合及缩聚反应 缩合及缩聚反应，随反应条件的不同可以发生在羟甲基苯酚与苯酚分子之间，也可发生在各个羟甲基苯酚分子之间，包括：
等等。 缩合反应不断进行的结果，将缩聚形成一定分子量的酚醛树脂，由于缩聚反应具有逐步的特点，中间产物相当稳定因而能够分离而加以研究。多年来研究分析通常认为，影响酚醛树脂的合成、结构及特性的主要因素为如下四点： (1)原料的化学结构； (2)酚与醛的摩尔比； (3)反应介质的酸、碱性； (4)生产操作方法。 酚醛树脂机理(二)合成3热塑结构(5) 时间:2009-03-12来源:酚醛树脂网作者:admin 点击: 31次 酚醛树脂泛指酚(苯酚、甲酚、二甲酚、间苯二酚等)与醛(甲醛、乙醛、糠醛等)合成的树脂，其中以苯酚与甲醛合成的苯酚甲醛树脂最为重要，它的产量占酚醛类树脂的首位，应用也最广
酚醛树脂泛指酚(苯酚、甲酚、二甲酚、间苯二酚等)与醛(甲醛、乙醛、糠醛等)合成的树脂，其中以苯酚与甲醛合成的苯酚甲醛树脂最为重要，它的产量占酚醛类树脂的首位，应用也最广泛。合成酚醛树脂的催化剂有酸、碱两大类，前者多用盐酸、草酸，有时也用磷酸、硫酸等其他酸；后者多用氨水、氢氧化钠，有时也用氢氧化钡、氧化镁、苯胺等作为辅助催化剂。近年来对采用金属盐类作为酚醛树脂合成的催化剂，有了更多的研究和应用。此外还有用酶、其他有机酸作为催化剂的报道。据酚醛树脂网(专家介绍，酚醛树脂在合成反应阶段分子量逐步增长，合成终点维持在线型及带支链的结构，相对分子质量一般均低于1000，特殊应用场合要高一些，甚至高于4000。酚醛树脂在应用于各种制品的成型过程必须要发生交联反应，使之形成三向网络大分子结构，相对分子量可谓无限大。三向网络结构可促进制品使用性能更加理想。促进交联的助剂包含固化剂和固化促进剂，六亚甲基四胺是最常用的固化剂，而固化促进剂可采用对甲苯磺酰氯和苯磺酰氯。表2-3 Novolak中各种异构体的含量 关于Novolak的软化点，据酚醛树脂网(专家介绍，除与反应延续时间有关外还受起始的苯酚/甲醛摩尔比影响。如表2-4：表2-4 软化点与苯酚/甲醛摩尔比对照表
酚醛树脂的制备 酚醛树脂的制备受很多因素影响，其中原料摩尔比、催化剂种类和用量、反应温度和投料方式等，对酚醛树脂的反应速度、产物结构和质量都有很大影响。 一、苯酚与甲醛摩尔比的影响 苯酚与甲醛的摩尔比影响历程反应和分子结构，在酸性催化反应中，当甲醛的摩尔比小于苯酚时，不能形成足够的羟甲基，使缩合反应进行到一定程度便停止。在碱性催化反应中，当甲醛摩尔数小于苯酚时，又有部分苯酚以游离状态存在于树脂中，反应不完全。从酚醛树脂较理想的结构考虑，作为热固性树脂苯酚的麻尔数应略小于甲醛的摩尔数。 苯酚与甲醛的摩尔比反应，主要是生成邻甲基酚和对羟甲基酚，其中对羟甲基酚含量居多。苯酚与甲醛的摩尔比为1：2以上时以生成二羟基酚和三羟基酚为主。 苯酚与甲醛的摩尔比不同树脂平均相对分子质量也不相同，摩尔比越大树脂平均相对分子质量越大， 苯酚与甲醛摩尔比同树脂平均相对分子质量的关系
苯酚与甲醛摩尔比1:1.1 1:1.2 1:1.3 1:1.4 1:1.5 1:1.6 1:1.7 树脂平均分子量228 256
291 334 371 437 638 对于不同用途的酚醛树脂,应控制苯酚与甲醛的不同摩尔比,胶合板用的树脂最好是1:(1.4~1.5)，收率高游离酚少；浸渍用的酚醛树脂，摩尔比应为1：(1.1~1.3),树脂平均相对分子质量秒渗透性好作为耐水增强的酚醛树脂要示平均相对分子质量大一些游离酚尽量减少摩尔比一般为1：2.0左右。 苯酚与甲醛的摩尔比亦影响树脂的反应速度和固化时间摩尔比越大即甲醛用量增大树脂反应速度越快固化时间缩短而粘度下降储存稳定性变差。苯酚与甲醛摩托车尔比对树脂物化性质的影响如表。 苯酚与甲醛摩尔比
酚醛树脂与缩聚反应集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
酚醛树脂与缩聚反应 酚醛树脂是世界上人工合成的第一类树脂材料，它具有良好的耐酸性能、力学性能、耐热性能，而且由于它原料易得，合成方便，目前仍被广泛应用。在高中教材里，酚醛树脂作为缩聚反应的典例，阐述了单体分子聚合成高分子的一种形式。与加聚反应不同，单体分子在发生缩聚反应时，生成的不仅仅是高分子化合物，还有小分子物质（如水）生成。也正是因为单体间缩去小分子物质，才成为有机物彼此连接成链状或体型的直接诱因。 一、酚醛树脂的生成和缩聚反应原理 缩聚反应是指单体间相互反应，生成高分子化合物同时生成小分子的聚合反应。是由和在催化剂条件下缩聚而成。反应机理是苯酚羟基邻位上的两个氢原子比较活泼，与甲醛醛基上的氧原子结合为水分子，其余部分连接起来成为高分子化合物——酚醛树脂。反应的方程式可以表示为： 如果采用不同的催化剂，苯酚羟基对位上的氢原子也可以和甲醛进行缩聚，使分子链之间发生交联，生成体型酚醛树脂，如图：体型酚醛树脂绝缘性很好，是用作电木的原料。另外，以玻璃纤维作骨架，以酚醛树脂为肌肉，组合固化制成复合材料即玻璃钢。 二、脲醛树脂的制备 在教材244页选做实验上，尿素晶体和甲醛溶液在盐酸做催化剂的条件下反应制取脲醛树脂。反应原理为： 反应中尿素分子中氨基上两个氢原子比较活泼，与甲醛醛基上氧原子结合生成水分子，其余部分相互连接为高分子化合物脲醛树脂，此反应原理与酚醛树脂的生成极为相似。 实验操作很简单，只需用力振荡试管3分钟(使尿素晶体和甲醛溶液充分接触发生反应)，试管中即有白色粘稠固体生成，白色固体可溶于正丁醇等有机溶剂。 脲醛树脂通常可作为密度板的粘胶剂。 三、知识的延伸 还有其他类似的缩聚反应，如糠醛可以代替甲醛和苯酚生成糠醛树脂，反应原理直接迁移过来即可。反应原理可以表示为：苯酚羟基邻位上两个活泼氢原子与糠醛分子醛基上氧原子结合生成水，其余部分生成高分子化合物。糠醛树脂现在在工业上大多用于玩具制造。 缩聚反应是高中化学重要的有机反应类型之一，酚醛树脂的生成是该类型反应重要的应用示例，举一反三，希望同学们深刻理解反应实质，为接下来学习羧酸和醇通过酯化反应缩聚生成聚酯，理解氨基酸分子间缩合生成多肽和蛋白质打下很好的基础。
酚醛树脂的聚合原理、方法及其应用 应化1102班柳宗 0121114450208 摘要：酚醛树脂也叫电木，又称电木粉。原为无色或黄褐色透明物，市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝等颜色，有颗粒、粉末状。耐弱酸和弱碱，遇强酸发生分解，遇强碱发生腐蚀。不溶于水，溶于丙酮、酒精等有机溶剂中。苯酚与甲醛缩聚而得。酚醛树脂主要用于制造各种塑料、涂料、胶粘剂及合成纤维等。 关键词：酚醛树脂聚合原理聚合方法酚醛树脂的应用 正文： 酚醛树脂是世界上人工合成的第一类树脂材料，它具有良好的耐酸性能、力学性能、耐热性能，而且由于它原料易得，合成方便，目前仍被广泛应用。在高中教材里，酚醛树脂作为缩聚反应的典例，阐述了单体分子聚合成高分子的一种形式。与加聚反应不同，单体分子在发生缩聚反应时，生成的不仅仅是高分子化合物，还有小分子物质（如水）生成。也正是因为单体间缩去小分子物质，才成为有机物彼此连接成链状或体型的直接诱因。 缩聚反应是指单体间相互反应，生成高分子化合物同时生成小分子的聚合反应。酚醛树脂是由苯酚和甲醛在催化剂条件下缩聚而成。反应机理是苯酚羟基邻位上的两个氢原子比较活泼，与甲醛醛基上的氧原子结合为水分子，其余部分连接起来成为高分子化合物——酚醛树脂。如果采用不同的催化剂，苯酚羟基对位上的氢原子也可以和甲醛进行缩聚，使分子链之间发生交联，生成体型酚醛树脂。体型酚醛树脂绝缘性很好，是用作电木的原料。另外，以玻璃纤维作骨架，以酚醛树脂为肌肉，组合固化制成复合材料即玻璃钢。 苯酚和甲醛的合成反应是一个较复杂的反应过程，目前公认的看法认为苯酚和甲醛之间反应合成酚醛树脂的反应是一种缩聚反应。其生产工艺的基本原理是由一种或几种单体化合物合成聚合物的反应。缩聚反应具有逐步的性质，中间形成物具有相当稳定的性能。苯酚和甲醛两种物质发生反应时根据缩聚反应条件的差异可以形成两大类树脂，即热固性酚醛树脂和热塑性酚醛树脂。其中需要注意的是酚醛的化学结构是影响酚醛树脂合成及性能的主要因素。在选择原料时其中对酚类物质的要求是：酚分子中必须具有2个以上的官能度。酚环上连有供电子基时反应速度会加快；连有吸电子基时，反应速度会变慢。在选用醛类物质时，没有多高的要求，工业上一般都是使用甲醛的。 ( 一)合成反应酚醛树脂的合成反应分为两步，首先是苯酚与甲醛的加成反应，随后是缩合及缩聚反应。即： 1、加成反应在适当条件下，一元羟甲基苯酚继续进行加成反应，就可生成二 ( 一)合成反应 酚醛树脂的合成反应分为两步，首先是苯酚与甲醛的加成反应，随后是缩合及缩聚反应。即： 1、加成反应 在适当条件下，一元羟甲基苯酚继续进行加成反应，就可生成二元及多元羟甲基苯酚：
聚合物合成工艺学思考题 1聚合反应釜中搅拌器的形式有哪些？适用范围如何？ ①常用搅拌器的形式有平桨式、旋桨式、涡轮式、锚式以及螺带式等； ②涡轮式和旋桨式搅拌器适于低粘度流体的搅拌；平桨式和锚式搅拌器适于高粘度流体的搅拌；螺带式搅拌器具有刮反应器壁的作用，特别适用于粘度很高流动性差的合成橡胶溶液聚合反应釜的搅拌。 2简述合成树脂与合成橡胶生产过程的主要区别。 —合成橡胶生产中所用的聚合方法主要限于自由基聚合反应的乳液聚合法和离子与配位聚合反应的溶液聚合法两种。而合成树脂的聚合方法则是多种的。合成树脂与合成橡胶由于在性质上的不同，生产上的差别主要表现在分离过程和后处理过程差异很大： ①分离过程的差异：合成树脂，通常是将合成树脂溶液逐渐加入第二种非溶剂中，而此溶剂和原来的溶剂是可以混溶的，在沉淀釜中搅拌则合成树脂呈粉状固体析出。合成橡胶的高粘度溶液，不能用第二种溶剂以分离合成橡胶，其分离方法是将高粘度橡胶溶液喷入沸腾的热水中，同时进行强烈搅拌，未反应的单体和溶剂与一部分水蒸气被蒸出，合成橡胶则以直径10—20mm左右的橡胶析出，且悬浮于水中。经过滤、洗涤得到胶粒。 ②后处理过程的差异： 合成树脂后处理方框图： 干燥的粉状合成树脂包装粉状合成树脂商品 潮湿的粉状 粒状塑料均匀化 干燥干燥的粉状合成树脂混炼造粒包装粒状塑料 制品 合成橡胶后处理方框图： 潮湿的粒状合成橡胶干燥压块包装合成橡胶制品 3、高分子合成工业的“三废”是如何产生的？怎样处理？什么是“爆炸极限”？ ①高分子合成工业所用的主要原料—单体和有机溶剂，许多是有毒的，甚至是剧毒物质。由于回收上的损失或设备的泄漏会产生有害或有臭味的废气、粉尘污染空气和环境。聚合物分离和洗涤排除的废水中可能有催化剂残渣、溶解的有机物质和混入的有机物质以及悬浮的固体微粒。这些废水如果不经过处理排入河流中，将污染水质。此外，生产设备中的结垢聚合物和某些副产物会形成残渣，因此高分子合成工业与其他化学工业相似，存在着废气、粉尘、废水和废渣等三废问题。 ②对于三废的处理，首先在进行工厂设计时应当考虑将其消除在生产过程中，不得已时则考虑它的利用，尽可能减少三废的排放量。必须进行排放时，应当了解三废中所含各种物质的种类和数量，有针对性地进行回收利用和处理，最后再排放到综合废水处理场所。不能用清水冲淡废水的方法来降低废水中有害物质的浓度。 ③一种可燃气体、可燃液体的蒸汽或有机固体和空气混合时，当达到一定的浓度范围，遇火花就会引起激烈爆炸。可发生爆炸的浓度范围叫做爆炸极限。 4、简述乙烯在高聚物合成方面的重要性。 —乙烯可以合成各种单体，从而得到各种合成树脂与合成橡胶。 例如： CH2=CH2—聚乙烯CH2=CH2+CH3-CH=CH2—乙丙橡胶
-1872年，德国化学家拜耳（A. Baeyer）首先发现酚和醛在酸的存在下可以缩合得到无定形棕红色的不可处理的树枝状产物，但未开展研究。 2 ---1902年，布卢默（L. Blumer）用酒石酸135份作催化剂，得到了第一个商业化酚醛树脂，命名为Laccain，但没有形成工业化规模。 3 ---1905~1907年，酚醛树脂创始人美国科学家巴克兰（Baekeland）对酚醛树脂进行了系统而广泛的研究，于1909年提出了关于酚醛树脂“加压、加热”固化的专利，实现了酚醛树脂的实用化，有人提议将此年定为酚醛树脂元年（或合成高分子元年）。 4 ---1907年，巴克兰申请了关于酚醛树脂“加压、加热”’固化的专利。并于1910年10月10日成立Bakelite公司，分布在许多国家，他们先后申请了400多个专利，预见到除酚醛树脂作烧蚀材料以外的主要应用，解决了酚醛树脂应用的关键问题。巴克兰还成功地获得了施加高压使酚醛预聚物固化的技术，他明确指出，酚醛树脂是否具有热塑性取决于苯酚与甲醛的用量比和所用催化剂类型，在碱性催化剂存在下即使苯酚过量一些，生成物也是热固性树脂，受热后能够转变为不溶不熔树脂。 5 ---1911年，艾尔斯沃思(Aylesworth)发现用六次甲基四胺可以使酚醛树脂固化，转变为不溶不熔状态，使其具有较高电绝缘性等应用特性。酚醛树脂因此开始用于电绝缘制品。 6 ---1912～1913年，俄国科学家彼得洛夫、塔拉索夫等研究了在石油磺酸和芳香族磺酸存在下的酚与醛的反应，并发明了将其注塑成型制取酚醛树脂注塑制品的方法。 7 ---1913年，德国科学家阿尔贝特发明了松香改性酚醛树脂，这种树脂适合制作油漆涂料，这一发明为酚醛树脂在涂料领域的应用铺展了成功之路。 8 ---1914年，日本引进巴克兰技术在东京开始生产酚醛树脂，开创了亚洲先河。 9 ---1923年，美国投产苯酚糠醛模塑粉。 10 ---1930年，酚醛泡沫塑料在美国投产。 11 ---1937年，开发了增塑的醚化的酚醛树脂并用于油漆涂料。
酚醛树脂的聚合原理、方法及其应用 摘要：酚醛树脂也叫电木，又称电木粉。原为无色或黄褐色透明物，市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝等颜色，有颗粒、粉末状。耐弱酸和弱碱，遇强酸发生分解，遇强碱发生腐蚀。不溶于水，溶于丙酮、酒精等有机溶剂中。苯酚与甲醛缩聚而得。酚醛树脂主要用于制造各种塑料、涂料、胶粘剂及合成纤维等。 关键词：酚醛树脂聚合原理聚合方法酚醛树脂的应用 正文： 酚醛树脂是世界上人工合成的第一类树脂材料，它具有良好的耐酸性能、力学性能、耐热性能，而且由于它原料易得，合成方便，目前仍被广泛应用。在高中教材里，酚醛树脂作为缩聚反应的典例，阐述了单体分子聚合成高分子的一种形式。与加聚反应不同，单体分子在发生缩聚反应时，生成的不仅仅是高分子化合物，还有小分子物质（如水）生成。也正是因为单体间缩去小分子物质，才成为有机物彼此连接成链状或体型的直接诱因。 缩聚反应是指单体间相互反应，生成高分子化合物同时生成小分子的聚合反应。酚醛树脂是由苯酚和甲醛在催化剂条件下缩聚而成。反应机理是苯酚羟基邻位上的两个氢原子比较活泼，与甲醛醛基上的氧原子结合为水分子，其余部分连接起来成为高分子化合物——酚醛树脂。如果采用不同的催化剂，苯酚羟基对位上的氢原子也可以和甲醛进行缩聚，使分子链之间发生交联，生成体型酚醛树脂。体型酚醛树脂绝缘性很好，是用作电木的原料。另外，以玻璃纤维作骨架，以酚醛树脂为肌肉，组合固化制成复合材料即玻璃钢。 苯酚和甲醛的合成反应是一个较复杂的反应过程，目前公认的看法认为苯酚和甲醛之间反应合成酚醛树脂的反应是一种缩聚反应。其生产工艺的基本原理是由一种或几种单体化合物合成聚合物的反应。缩聚反应具有逐步的性质，中间形成物具有相当稳定的性能。苯酚和甲醛两种物质发生反应时根据缩聚反应条件的差异可以形成两大类树脂，即热固性酚醛树脂和热塑性酚醛树脂。其中需要注意的是酚醛的化学结构是影响酚醛树脂合成及性能的主要因素。在选择原料时其中对酚类物质的要求是：酚分子中必须具有2个以上的官能度。酚环上连有供电子基时反应速度会加快；连有吸电子基时，反应速度会变慢。在选用醛类物质时，没有多高的要求，工业上一般都是使用甲醛的。 实验聚合方法，在25×200mm的试管中加入4g化学纯苯酚和2.5mL化学纯甲醛溶液（密度约1.1g/cm3、浓度为36～38%），再加入1mL化学纯的浓盐酸，振荡均匀后塞上带有直玻璃管（长300mm）的橡皮塞。把上述试管固定在铁架台上，放在80～90℃的水浴中加热（如左图）。片刻后，试管中发生剧烈反应，反应后还要继续加热，直到生成粉红的固体树脂为止。取出固体树脂（用铁丝钩出），用水冲洗后得到热塑性树脂。在25×200mm的试管中加入2.5g化学纯苯酚和3mL化学纯甲醛溶液（浓度同前），再加入1mL化学纯浓氨水（浓度为25～28%），振荡均匀之后塞上带有直玻璃管（长300mm）的橡皮塞。把上述的试管固定在铁架台上，用沸水浴加热，直到混合物分成两层。当底层的树脂粘度增大时，取下试管用水冷却，等树脂固化后倒出，用水冲洗，得到黄色的热固性树脂。 液体酚醛树脂的生产工艺，生产液体酚醛树脂时甲醛的加入量要比正常的需要量略多一些，甲醛量多一些树脂的生产速度快，产量高，游离酚减少。通常取苯酚与甲醛的克分子比为：6 ：7；催化剂氨水加入量为苯酚加入量的4%，（氨水中氢氧化铵含量按25%计时）。当混合物料加热到85℃左右时，可停止加热，物料以缩聚反应放出的热量自行升温到98 ℃左右，并开始沸腾，当反应过于激烈时应通水冷却。 一般非水性一步型酚醛树脂胶粘剂由苯酚与甲醛以摩尔比1：(1～3)，在碱性催化剂存在下进行加成反应，生成含羟甲基苯酚的低聚物，常配成固含量50%～60%的乙醇溶液供使用。储藏中，胶粘剂的pH会下降，由12～13降至11～9.5，会造成储藏不稳定性，可加入二氧化
酚醛树脂合成原理介绍 （一）合成反应酚醛树脂的合成反应分为两步，首先是苯酚与甲醛的加成反应，随 后是缩合及缩聚反应。即：1 、加成反应在适当条件下，一元羟甲基苯酚继续进行加 成反应，就可生成二 （一）合成反应酚醛树脂的合成反应分为两步，首先是苯酚与甲醛的加成反应， 随后是缩合及缩聚反应。即： 1 、加成反应 在适当条件下，一元羟甲基苯酚继续进行加成反应，就可生成二元及多 元羟甲基苯酚： （2）缩合及缩聚反应缩合及缩聚反应，随反应条件的不同可以发生在羟甲基苯酚与苯酚分子 之间，也可发生在各个羟甲基苯酚分子之间，包括：
等等 缩合反应不断进行的结果，将缩聚形成一定分子量的酚醛树脂，由 于缩聚反应具有逐步的特点，中间产物相当稳定因而能够分离而加以研究。多年来研究分析通常认为，影响酚醛树脂的合成、结构及特性的主要因素为如下四点： (1) 原料的化学结构； (2) 酚与醛的摩尔比； (3) 反应介质的酸、碱性； (4) 生产操作方法。 酚醛树脂机理(二)合成 3 热塑结构(5) 时间: 2009-03-12 来源:酚醛树脂网作者: admin 点击: 31 次酚醛树脂泛指酚(苯酚、甲酚、二甲酚、间苯二酚等) 与醛(甲醛、乙醛、糠醛等) 合成的树脂，其中以苯酚与甲醛合成的苯酚甲醛树脂最为重要，它的产量占酚醛类树脂的首位，应用也最广
酚醛树脂泛指酚（苯酚、甲酚、二甲酚、间苯二酚等）与醛（甲醛、乙醛、糠醛等）合成的树脂，其中以苯酚与甲醛合成的苯酚甲醛树脂最为重要，它的产量占酚醛类树脂的首位，应用也最广泛。合成酚醛树脂的催化剂有酸、碱两大类，前者多用盐酸、草酸，有时也用磷酸、硫酸等其他酸；后者多用氨水、氢氧化钠，有时也用氢氧化钡、氧化镁、苯胺等作为辅助催化剂。近年来对采用金属盐类作为酚醛树脂合成的催化剂，有了更多的研究和应用。此外还有用酶、其他有机酸作为催化剂的报道。据酚醛树脂网（专家介绍，酚醛树脂在合成反应阶段分子量逐步增长，合成终点维持在线型及带支链的结构，相对分子质量一般均低于1000，特殊应用场合要高一些，甚至高于4000。酚醛树脂在应用于各种制品的成型过程必须要发生交联反应，使之形成三向网络大分子结构，相对分子量可谓无限大。三向网络结构可促进制品使用性能更加理想。促进交联的助剂包含固化剂和固化促进剂，六亚甲基四胺是最常用的固化剂，而固化促进剂可采用对甲苯磺酰氯和苯磺酰氯。表2-3 Novolak 中各种异构体的含量 关于Novolak 的软化点，据酚醛树脂网（专家介绍，除与反应延续时间有关外还受起始的苯酚/ 甲醛摩尔比影响。如表2-4：表2-4 软化点与苯酚/ 甲醛摩尔比对照表
酚醛树脂的合成 酚醛树脂酚醛树脂是由苯酚和甲醛在酸、碱触媒作用下合成的。由于工艺不同可以制成液体酚醛树脂和粉状酚醛树脂两种。1、制造酚醛树脂的原材料（1）苯酚苯酚又称石炭酸，纯白无色针状晶体，在空气中可氧化成浅粉色。分子式 C6H5OH 分子量 94.11 比重 1.0545g/cm3 熔点40.8℃ 沸点182℃ 苯酚能溶于热水，溶于酒精，碱等。有弱酸性，易渗入皮肤，引起过敏现象。将2%左右的苯酚肥皂水溶液用于消毒，医用名称“来苏儿”。表1 制造酚醛树脂用的苯酚的技术条件名称苯酚（又名石炭酸）分子式 C6H5OH 外观有特殊气味的无色结晶，在空气中显粉红色酸碱性呈弱酸性含量要求苯酚含量96% （2）甲醛甲醛为无色气体，用于制造酚醛树脂的是甲醛的水溶液。甲醛分子式 HCHO 分子量 30.03 气体比重 1.067 即比空气略重液体比重（-20℃）0.815 熔点 -92℃ 沸点 -21℃ 甲醛溶于水和酒精，40%的水溶液医学上称“福尔马林”，做防腐剂使用。长期存放的甲醛易聚合沉淀出白色块状物，加入8-12%的甲醇（CH3OH）可防聚合。甲醛具有强烈的刺激性气味，能刺激眼睛和呼吸道粘膜，并引起皮肤过敏现象。甲醛的技术条件见表2表2 甲醛的技术条件名称甲醛（水溶液）分子式 HCHO 分子量 30.03 溶解性能溶于水，最大浓度可达50% 使用要求甲醛含量 >34%，沉淀物<1% （3）催化剂① 碱性催化剂氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化铵等都可以做合成酚醛树脂的催化剂生成液体酚醛树脂。磨料磨具行业用的液体酚醛树脂通常是用氢氧化铵作催化剂，因氢氧化铵属于弱碱性。对不耐碱地酚醛树脂影响不大。残留部分在硬化加热时大部分挥发掉了，所以用氢氧化铵作催化剂的酚醛树脂具有较高的强度，耐水性较好。氢氧化钡也是较好的催化剂；而氢氧化钠是一种强碱，残留在磨具的结合剂中对磨具有破坏作用，因此在磨具制造中很少使用氢氧化钠作催化剂的酚醛树脂。苯酚与甲醛生成树脂的反应速度随催化剂的用量增多而加快，但是反应太快则不易控制，通常氢氧化铵的水溶液用量为苯酚的3-6%。作为催化剂的氢氧化铵含量不小于17%，比重为0.88-0.92 g/cm3。②酸性催化剂生产粉状的酚醛树脂通常使用盐酸作催化剂。盐酸是氯化氢的水溶液。工业盐酸的氯化氢含量为25-40%，比重为 1.12-1.20。用量以苯酚为100%计，盐酸加入量，以纯HCl计为0.1-0.3%。残留在树脂中的盐酸在硬化加热过程中几乎全部挥发掉，对树脂性能没有明显影响。
( 一)合成反应酚醛树脂的合成反应分为两步，首先是苯酚与甲醛的加成反应，随后是缩合及缩聚反应。即： 1、加成反应在适当条件下，一元羟甲基苯酚继续进行加成反应，就可生成二 ( 一)合成反应 酚醛树脂的合成反应分为两步，首先是苯酚与甲醛的加成反应，随后是缩合及缩聚反应。即： 1、加成反应 在适当条件下，一元羟甲基苯酚继续进行加成反应，就可生成二元及多元羟甲基苯酚： (2)缩合及缩聚反应 缩合及缩聚反应，随反应条件的不同可以发生在羟甲基苯酚与苯酚分子之间，也可发生在各个羟甲基苯酚分子之间，包括： 等等。 缩合反应不断进行的结果，将缩聚形成一定分子量的酚醛树脂，由于缩聚反应具有逐步的特点，中间产物相当稳定因而能够分离而加以研究。多年来研究分析通常认为，影响酚醛树脂的合成、结构及特性的主要因素为如下四点： (1)原料的化学结构； (2)酚与醛的摩尔比； (3)反应介质的酸、碱性； (4)生产操作方法。 酚醛树脂机理(二)合成3热塑结构(5) 时间:2009-03-12来源:酚醛树脂网作者:admin 点击: 31次 酚醛树脂泛指酚(苯酚、甲酚、二甲酚、间苯二酚等)与醛(甲醛、乙醛、糠醛等)合成的树脂，其中以苯酚与甲醛合成的苯酚甲醛树脂最为重要，它的产量占酚醛类树脂的首位，应用也最广 酚醛树脂泛指酚(苯酚、甲酚、二甲酚、间苯二酚等)与醛(甲醛、乙醛、糠醛等)合成的树脂，其中以苯酚与甲醛合成的苯酚甲醛树脂最为重要，它的产量占酚醛类树脂的首位，应用也最广泛。合成酚醛树脂的催化剂有酸、碱两大类，前者多用盐酸、草酸，有时也用磷酸、硫酸等其他酸；后者多用氨水、氢氧化钠，有时也用氢氧化钡、氧化镁、苯胺等作为辅助催化剂。近年来对采用金属盐类作为酚醛树脂合成的催化剂，有了更多的研究和应用。此外还有用酶、其他有机酸
名词解释 Ziegler-Natta催化剂：中文译名“齐格勒-纳塔”催化剂，由三乙基铝与四氯化钛组成，是一种优良的定向聚合催化剂。催化剂又称触媒,可以组合成Ziegler-Natta触媒的化合物种类相当多，Ziegler-Natta触媒可由下列的化合物组合而成：周期表中第IV到第VIII族的过渡金属化合物，和周期表中第I到第III族的金属所组成的有机金属化合物。其中过渡金属化合物为触媒，而有机金属化合物为助触媒。 爆炸极限：可燃物质与空气或氧气必须在一定浓度范围内均匀混合，形成预混气，遇火源才会发生爆炸，这个浓度范围成为爆炸极限，或爆炸浓度极限 逐步加成反应:某些单体的官能团可按逐步反应的机理相互加成而获得聚合物，但又不会析出小分子副产物，这种反应称为逐步加成聚合反应。 界面缩聚:两种单体分别溶解在水及与水不相混溶的有机溶剂中，在常温常压下，在水和有机溶剂的界面进行缩聚反应的方法。 工程塑料:是指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。 表面活性剂：是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。 乳化剂:能降低互不相溶的液体间的界面张力，使之形成乳浊液的物质。乳化剂是乳浊液的稳定剂，是一类表面活性剂 HBL值：用来衡量表面活性剂分子中的亲水部分和亲油部分对其性质所作贡献大小的物理量。 种子乳液聚合：单体原则上仅在已生成的微粒上聚合，而不形成新的微粒，即仅增加原来微粒的体积，而不增加反应体系中微粒的数目。
核-壳聚合：两种单体进行共聚合时，如果一种单体首先进行乳液聚合，然后加入第二种单体再次进行乳液聚合，则前一种单体聚合形成乳胶粒子的核心，好似种子，后一种单体则形成乳胶粒子的外壳。 金属茂催化剂：由过渡金属锆（Zr）与两个环戊二烯基或环戊二烯取代基及两个氯原子（或甲基）形成的有机金属络合物和助催化剂甲基铝氯烷组成。 Phillips催化剂活化处理：400～800℃温度下，于干燥空气中进行活化，使铬原子处于Cr+6状态。 熔融指数：热塑性塑料在一定温度和压力下，熔体在10分钟内通过标准毛细管的重量值，以（g/min)为单位。 聚合反应的操作方式：间歇聚合：分批生产，适于小批量生产；连续聚合：自动化程度高，质量稳定，适合大批量生产。聚合反应器：管式、塔式、釜式、特殊形式；反应热排除方式：夹套冷却、内冷管冷却、反应物料部分闪蒸、反应介质预冷、回流冷凝器冷却等。 1、聚合反应釜中搅拌器的形式有哪些？适用范围如何？ ①常用搅拌器的形式有平桨式、旋桨式、涡轮式、锚式以及螺带式等； ②涡轮式和旋桨式搅拌器适于低粘度流体的搅拌；平桨式和锚式搅拌器适于高粘度流体的搅拌；螺带式搅拌器具有刮反应器壁的作用，特别适用于粘度很高流动性差的合成橡胶溶液聚合反应釜的搅拌。 2、简述合成树脂与合成橡胶生产过程的主要区别。 —合成橡胶生产中所用的聚合方法主要限于自由基聚合反应的乳液聚合法和离子与配位聚合反应的溶液聚合法两种。而合成树脂的聚合方法则是多种的。合成树脂与合成橡胶由于在性质上的不同，生产上的差别主要表现在分离过程和后处理过程差异很大：①分离过程的差异：合成树脂，通常是将合成树脂溶液逐渐加入第二种非溶剂中，而此溶剂和原来的溶剂是可以混溶的，在沉淀
酚醛树脂的合成 一酚醛树脂（Phenol Formaldehyde，简称PF），也叫电木，又称电木粉， 无色或黄褐色透明固体，市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝 等颜色，有颗粒、粉末状。酚醛树脂是塑料中第一个投入工业生产的品种，它 具有较高的机械强度、良好的绝缘性，耐热、耐腐蚀，因此常用于制造电器材料，如开关、灯头、耳机、电话机壳、仪表壳等，“电木”由此而得名。酚醛树 脂耐弱酸和弱碱，遇强酸发生分解，遇强碱发生腐蚀；不溶于水，溶于丙酮、 酒精等有机溶剂中；苯酚醛或其衍生物缩聚而得特点(固化物特点)：含碳量高，可作耐烧蚀材料；耐热性好；耐腐蚀性好；耐水性好；尺寸稳定性好，模具制 件有固定形状，不开裂等。 二（一）酚醛树脂合成条件：酚醛树脂的合成及固化符合体型缩聚规律。 体型缩聚：某一2官能度单体和另一个2以上官能度单体缩聚，将交联成体型高聚物。 酚醛树脂所用的原料有：醛类(2官能度单体) ：常用甲醛；酚类(多官能 度单体)：如苯。 （二）影响缩聚的因素： 1．醛:酚>1(摩尔比) 碱催化：可以人为控制缩聚反应程度。如可控制在可溶，可熔阶段的热固性酚醛树脂或一阶酚醛树脂。进一步加热可使其进一步缩聚，固化，(无规予聚物)。 酸催化：反应难以控制，无实用价值。 2．醛:酚<1 酸催化：合成热塑性酚醛树脂(线型结构，又称为二阶酚醛树脂)。 碱催化：反应初期得到的是一阶树脂在酚中的溶液，如保持酚存在，进一步加热可得二阶酚醛树脂。 酚、醛反应存在一个中性点，即PH=3.0～3.1时，酚、醛不反应。 三（一）热固性一阶酚醛树脂的合成 1．合成原理 合成条件：醛:酚>1，一般控制在1～1.5之间；碱催化，如NaOH、Ba(OH) 2 、 NH 3·H 2 O等。 (1) 苯酚、甲醛的加成反应：缩聚反应起始阶段发生酚醛树脂的合成 (2) 羟甲基酚的缩聚反应 缩聚反应包括如下两种反应：a 羟甲基酚之间；b 苯酚与羟甲基酚之间羟甲基酚可进一步进行缩聚反应，有下列两种可能的反应：