第一章 高聚物合成工艺(绪论)

高聚物合成工艺学教案[1]第一章绪论1.1 高分子基本概念及合成工业概述一、高分子的定义与特点1. 名称:macromolecule compound ; macromolecule; polymer2. 定义:是一种由许多结构相同的、结构简单的单元通过共价键重复连接而成的分子量很大的化合物。

单体(Monomer)、结构单元(Structure unit)、单体单元(Monomer unit)、重复单元(Repeating unit)、链节(Chain element)等定义的回顾。

3. 高分子化合物的基本特点(1)相对分子量很大;(2)相对分子量具有多分散性(Polydispersity ); Polydispersity(3)分子形态多样:长链线型、支链型、体型;(4)化学组成简单，分子结构有规律性;(5)物理性质不同于低分子:高软化点、高强度、高弹性等。

二、高分子材料及发展简史1. 高分子材料的分类根据来源分类:天然高分子(木材、羊毛、天然橡胶)、人工合成高分子(塑料、纤维、橡胶、涂料、粘合剂等)。

2. 高分子材料的发展简史我国古代:利用蚕丝纺丝绸、汉代时利用物质麻纤维等造纸、利用天然产的桐油制成油漆。

欧洲工业革命之后，开始了对高分子产品的研究与开发。

三、高分子合成工业1. 基本原料:石油、天然气、煤炭等为原材料。

2. 生产过程:包括石油开采、石油炼制、基本有机合成、高分子合成、高分子合成材料成型等工业部门，提供主要的原料-单体、溶剂、塑料添加剂等辅助原料。

3. 高分子合成工业的任务:将基本有机合成工业生产的单体，经过聚合反应合成高分子化合物，从而为高分子合成材料成型工业提供基本原料。

四、我国高分子材料合成工业现状我们古代祖先早已经使用各种天然高分子材料，创造了灿烂的华夏文明。

19世纪末期才开始出现天然高分子加工工业。

新中国成立后，我国的高分子材料合成工业从无到有、从小到大，发展至今已形成一个完整的工业体系。

第一章绪论1.试述高分子合成工艺学的主要任务。

高分子合成工业的基本任务：将简单的有机化合物〔单体〕，经聚合反应使之成为高分子化合物。

2.简述高分子材料的主要类型，主要品种以及发展方向。

分类：天然、半合成、合成天然橡胶经硫化制备橡胶制品，蛋白质改性产品乳酪素，纤维改性产品赛璐珞。

向耐候性，耐热性，耐水性，功能性，环保性合成高分子发展。

3.用方块图表示高分子合成材料的生产过程，说明每一步骤的主要特点及意义。

1）原料准备与精制过程特点：单体、溶剂等可能含有杂质，会影响到聚合物的原子量，进而影响聚合物的性能，须除去杂质意义：为制备良好的聚合物做准备2）催化剂配制过程特点：催化剂或引发剂的用量在反应中起到至关重要的作用，需仔细调制意义：控制反应速率，引发反应3）聚合反应过程特点：单体反应生成聚合物，调节聚合物的分子量等，制取所需产品意义：控制反应进程，调节聚合物分子量4）别离过程特点：聚合物众位反应的单体需回收，溶剂、催化剂须除去意义：提纯产品，提高原料利用率5）聚合物后处理过程特点：聚合物中含有水等，需干燥意义：产品易于贮存与运输6）回收过程特点：回收未反应单体与溶剂意义：提高原料利用率，降低成本，防止污染环境4.如何评价生产工艺合理及先进性。

1〕生产方式2〕产品性能：产品系列化3〕原料路线4〕能量消耗与利用5〕生产技术水平：降低生产技术费5.开发新产品或新工艺的步骤和需注意的问题有哪些？首先要了解材料应用的技术要求，提出聚合物的性能要求，根据性能要求明确聚合物分子组成及分子结构，然后拟定聚合配方及工艺措施，科学地解决合成性能及结构关系。

应注意高分子合成、结构及性能的关系；合成反应的理论和方法。

第二章生产单体的原料路线1.简述高分子合成材料的基本原料〔即三烯、三苯、乙炔〕的来源。

石油化工路线煤炭路线其他原料路线：主要是以农副产品或木材工业副产品为基本原料，直接用作单体或经化学方法加工为单体。

自农副产品中得到的最主要的单体是糠醛，以糠醛为原料可获得丙酮、苯酚、康醇和甲醛等。

《高聚物合成工艺学》课程教学大纲Polymer Synthesis technology一、课程基本信息学时：40学分：2.5考核方式：考试与平常成果相结合；平常成果占总成果的30%中文简介：本课程为材料化学方向必修课程, 主要介绍了工业生产上合成高分子材料的新方法，重要品种的生产工艺技术；各种聚合方法进行工业化生产的特点、配方原理、流程组织原理和典型工业生产过程、聚合反应的基本化工单元及典型生产设备等内容。

其主要任务是在学习该门课程以后，学生了解并驾驭石油化工生产的简洁有机物经聚合反应生产高分子化合物的基本原理、聚合方法、聚合生产工艺, 驾驭向合成树脂、合成橡胶、合成纤维材料供应原料的生产工艺过程, 并为合成涂料、粘合剂、离子交换树脂、工程高分子材料、功能高分子材料等打下基础。

二、教学目的与要求高聚物合成工艺学探讨高分子的合成和制造工艺问题，主要涉及各种典型高分子材料聚合过程的实施方法和操作方式。

通过本课程的学习，使学生驾驭高聚物的各种典型合成方法的原理、工艺流程、主要的设备结构、基本工艺条件和关键的工艺技术问题，相识产品的质量要求和影响因素，了解平安生产、环境爱护和工艺设计的有关问题。

不仅要使学生获得高聚物合成工业的专业学问，而且更重要的是培育学生运用相关学问分析和解决实际问题的实力，为解决将来生产工艺和科学探讨中的实际问题打下基础，同时培育学生严谨细致、实事求是的科学作风，使其逐步具备科技人员应有的素养。

三、教学方法与手段1.突出重点，以课堂讲授为主，以聚合物种类-结构与性能-合成原理-合成工艺-应用为主线，对课程中的重点着重讲解。

2.精讲多练，把现代教化多媒体技术运用到授课过程中，在教学过程中应留意理论联系实际，把老师讲授与课堂探讨相结合，通过实例提高学生分析问题解决问题的实力。

3.学以致用，把理论学问与生产生活和后续课程相结合。

由于本课程实践性较强，因此采纳启发式教学，培育学生思索问题、解决问题的实力；通过作业调动学生学习的主观能动性，培育学生的自学实力。

第一讲第一章绪论§1.1 高分子合成工业概述工艺学：研究将原料加工成产品的过程的科学，属技术科学，高聚物合成工艺学研究内容包括原料特点、生产原理、生产流程、操作条件、设备的构造和材料。

1. 分类：天然、半合成、合成天然橡胶经硫化制备橡胶制品，蛋白质改性产品乳酪素，纤维改性产品赛璐珞2. 高聚物的用途：皮革制品、纤维及其制品、纸张、橡胶制品、塑料制品、涂料、粘合剂、离子交换树脂、生物医学制品等。

3. 石油化工包括石油开采、石油炼制、基本有机合成、高分子合成、高分子材料成型加工，其中高分子合成工业起着承前启后的作用，以燕化为例阐述我国高分子化工的发展。

1959年开始顺丁橡胶的研究，主要是催化剂的研究，Ni, Co.Ni, Ti, Co，70年开始建设，是我国首个具有知识产权的大规模的化工装置。

§1.2高分子化合物的生产过程高分子合成工业的基本任务：将简单的有机化合物（单体），经聚合反应使之成为高分子化合物。

官能团：能够发生聚合反应的活性基团或原子。

单体：含有二或二以上官能团的能够发生聚合反应的有机化合物。

（请举例）因规模大、工艺复杂，故以线性加成聚合反应为主讲解高聚物生产过程。

高聚物的合成工艺过程包括：原料准备与精制过程、催化剂（引发剂）配制过程、聚合反应过程、分离过程、聚合物后处理过程、回收过程、三废处理过程。

一、原料准备与精制过程原料：单体、溶剂，主要是去离子水的贮存、洗涤、精制、干燥、调整浓度等过程和设备，方法：精馏1. 杂质的危害：1) 阻聚和链转移作用，降低分子量；2) 使催化剂中毒和分解，降低催化剂的催化作用；3) 缩聚过程中单官能物的封端作用，降低分子量；4)使聚合物产生色泽，降低产品质量，因此，要求单体纯度在99％以上。

2. 单体的贮存由于单体往往是易燃、易爆、有毒、自聚的有机化合物，因此在贮存过程中应注意如下问题：1) 防止与空气接触；2) 使贮罐不会产生过高压力；3) 防止泄漏；4)加阻聚剂；5) 贮罐远离反应装置；6) 最好使用耐压容器二、催化剂（引发剂）配制过程（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。

《高聚物合成工艺》本科课程教学大纲一、《高聚物合成工艺》课程说明（一）课程代码：（二）课程英文名称：Polymer Synthesis Craft（三）开课对象：材料化学专业（四）课程性质和地位：本课程是以有机化学、物理化学和高分子化学作为基础，又为后续课程“聚合物成型加工原理”及英它专业课等打下理论基础。

高聚物合成工艺学实验是研究髙分子的合成工艺及其化学反应的一门实践科学。

它的任务是通过实践教学，使学生掌握高分子合成工艺的基本概念，髙分子化合物合成工艺的基本原理和操作步骤。

（五）课程教学基本要求：第一章绪论掌握高分子工业和高分子科学的发展简史，高分子材料的特性及其在国民经济各部门中的应用、高分子化合物的生产过程及废物处理与安全生产基础知识。

第二章生产单体的原料路线学习石油化工原料路线及煤炭原料路线与其他原料路线生成高分子原料的方法。

第三章自由基本体聚合原理及生产工艺掌握自由基本体聚合原理及甲基丙烯酸甲酯自由基本体聚合、苯乙烯熔融本体聚合、氯乙烯非均相本体聚合原理及生产工艺。

第四章自由基悬浮聚合原理及生产工艺掌握自由工悬浮聚合原理及氯乙烯悬浮聚合和苯乙烯一丙烯腊悬浮共聚合生产工艺第五章自由基溶液聚合原理及生产工艺掌握溶液聚合原理及醋酸乙烯溶液聚合生产工艺和聚乙烯醇（PVA）生产工艺、丙烯腊溶液聚合生产工艺。

第六章自由基乳液聚合原理及生产工艺掌握自由基乳液聚合原理及丁二烯、苯乙烯乳液共聚合和糊用聚氯乙烯种子乳液聚合生产工艺。

第七章离子聚合原理及生产工艺掌握离子聚合原理及乙烯气相本体聚合、丙烯非均相溶液聚合、聚丁二烯橡胶和丁基橡胶的生产工艺。

第八章线型缩聚原理及生产工艺了解线型缩聚，包括熔融缩聚和界面缩聚生产工艺。

第九章体型缩聚原理及生产工艺掌握体型缩聚原理及酚醛树脂的生产工艺、醇酸树脂的生产工艺、不饱和聚树脂及低聚合物的生产工艺环氧树脂的生产工艺、压塑粉的生产工艺、玻璃钢及压缩层塑料的生产工艺。

第10章逐步加成聚合原理及生产工艺掌握聚氨酯的合成原理，熟悉聚氨酯泡沫塑料、聚氨酯涂料、聚氨酯泡沫橡胶、聚氨酯胶粘剂的生产工艺。

高聚物合成工艺学---绪论一、判断1、由于塑料包装物大多呈白色，它们造成的环境污染被称为白色污染。

（对）2、连续聚合特点是聚合反应条件是稳定的，容易实现操作过程的全部自动化，机械化，便于小批量生产。

（错）3、进行聚合反应的设备叫做聚合反应器。

根据聚合反应器的形状主要分为管式、塔式和釜式聚合反应器。

（对）4、本体聚合与熔融缩聚得到的高粘度熔体不含有反应介质，如果单体几乎全部转化为聚合物，通常不需要经过分离过程。

如果要求生产高纯度聚合物，应当采用真空脱除单体法。

（对）5、乳液聚合得到的浓乳液或溶液聚合得到的聚合物溶液如果直接用作涂料、粘合剂，也需要经过分离过程。

（错）6、合成橡胶是用物理合成方法生产的高弹性体。

经硫化加工可制成各种橡胶制品。

（对）7、合成纤维通常由线型高分子量合成树脂经熔融纺丝或溶液纺丝制成。

加有少量增光剂、防静电剂以及油剂等。

（对）8、合成树脂生产中回收的溶剂。

通常是经离心机过滤与聚合物分馏得到的。

（对）9、高分子合成工厂中最易发生的安全事故是引发剂、催化剂、易燃单体、有机溶剂引起的燃烧与爆炸事故。

（对）10、塑料具有取材容易，价格低廉，加工方便，质地轻巧等优点。

（对）二、填空1、根据产量和使用情况合成橡胶可分为（通用合成橡胶）与（特种合成橡胶）两大类。

2、在溶液聚合方法中，如果所得聚合物在反应温度下不溶于反应介质中而称为（淤浆聚合）。

4、塑料的原料是合成树脂和（添加剂）。

5、塑料成型重要的有：注塑成型、挤塑成型、吹塑成型、（压缩成型）等。

6、高分子合成工业的产品形态可能是液态低聚物、坚韧的固态高聚物或（弹性体）。

7、高分子合成工业的基本原料为（石油）、天然气、煤炭等。

8、为使釜式聚合反应器中的传质、传热过程正常进行，聚合釜中必须安装（搅拌器）。

三、选择题1、高分子合成生产过程，正确的顺序为:（D）设 1-原料准备与精制过程； 2-分离过程；3-聚合反应过程； 4-催化剂(引发剂)配制过程；5-回收过程；6-聚合物后处理过程A. 1→2→3→6→4→5 ；B. 1→3→2→4→6→5C. 1→3→6→2→5→4 ;D. 1→4→3→2→6→52、工业采用的合成树脂干燥主要是气流干燥和沸腾干燥。

聚合物合成工艺学各章重点及要点部分内容不全，大家自己看书第一章绪论1．高分子化合物的生产过程及通常组合形式原料准备与精致，催化剂配置，聚合反应过程，分离过程，聚合物后处理过程，回收过程2．聚合反应釜的排热方式有哪些夹套冷却，夹套附加内冷管冷却，内冷管冷却，反应物料釜外循环冷却，回流冷凝器冷却，反应物料部分闪蒸，反应介质部分预冷。

第二章聚合物单体的原料路线1．生产单体的原料路线有哪些？（教材P24-25）石油化工路线，煤炭路线，其他原料路线（主要以农副产品或木材工业副产品为基本原料）2．石油化工路线可以得到哪些重要的单体和原料？并由乙烯单体可以得到哪些聚合物产品？（教材P24-25、P26、P31）得到单体和原料：乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯。

得到聚合物：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。

3. 合成聚合物及单体工艺路线第三章自由基聚合生产工艺§ 3-1自由基聚合工艺基础1．自由基聚合实施方法及选择本体聚合、乳液聚合、溶液聚合、悬浮聚合。

聚合方法的选择只要取决于根据产品用途所要求的产品形态和产品成本。

2．引发剂及选择方法，调节分子量方法种类：过氧化物类、偶氮化合物，氧化还原体系。

选择方法：（1）根据聚合操作方式和反应温度条件，选择适当分解速度的引发剂。

（2）根据引发剂分解速度随温度的不同而变化，故根据反应温度选择适引发剂。

（3）根据分解速率常数选择引发剂。

（4）根据分解活化能选择引发剂。

（5）根据引发剂的半衰期选择引发剂。

分子量调节方法：控制引发剂用量、控制反应温度、选择适当分子量调节剂。

§ 3-2本体聚合生产工艺1．本体聚合传热方法、排热措施排热措施：采用预聚、后聚分步聚合法；反应达到一定转化率就分离出聚合物；较低温度，较低引发剂浓度下反应；紫外线或辐射引发聚合；强化聚合设备的传热。

第一章绪论1.1 高分子材料科学的历史回顾高分子的概念始于20世纪20年代，但应用更早。

•1839年，美国人Goodyear发明硫化橡胶。

•1855年，英国人Parks实现硝化纤维产业化•1870年海厄特用硝化纤维素与樟脑混合制得赛璐珞celluloid。

•1884年法国人De Chardonnet（查唐纳脱）把硝化纤维素放在酒精和乙醚中得到溶液，得到人造丝。

•1907年贝克兰发明酚醛树脂-Bakelite第一个真正意义上人工合成的树脂是酚醛树脂，由此，打开了合成高分子的新时代。

•1920年，德国人Staudinger发表了“论聚合”的论文，提出了高分子的概念，并预测了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物的结构。

•1935年，Carothes发明尼龙66，1938年工业化。

•30年代，一系列烯烃类加聚物被合成出来并工业化，PVC（1927～1937），PV Ac（1936），PMMA（1927～1931），PS（1934～1937），LDPE（1939）。

自由基聚合发展。

•高分子溶液理论在30年代建立，并成功测定了聚合物的分子量。

Flory为此获得诺贝尔奖。

•40年代，二次大战促进了高分子材料的发展，一大批重要的橡胶和塑料被合成出来。

丁苯橡胶（1937），丁腈橡胶（1937），丁基橡胶（1940），有机氟材料（1943），ABS（1947），涤纶树脂（1940～1950）。

•50年代，Ziegler和Natta发明配位聚合催化剂，制得高密度PE和有规PP，低级烯烃得到利用。

•1956年，美国人Szwarc发明活性阴离子聚合，开创了高分子结构设计的先河。

•50年后期至60年代，大量高分子工程材料问世。

聚甲醛（1956），聚碳酸酯（1957），聚砜（1965），聚苯醚（1964），聚酰亚胺（1962）•60年代以后，特种高分子和功能高分子得到发展。

特种高分子：高强度、耐高温、耐辐射、高频绝缘、半导体等。

高聚物合成工艺学第一章 绪论以合成树脂为主要原料，添加稳定剂，着色剂，润滑剂以及增塑剂等组分得到的合成材料。

用化学合成方法生产的高弹性体。

线性结构的高分子量合成树脂，经过适当的方法纺丝得到的纤维称为合成纤维.单体中加有少量引发剂或不加引发剂依赖热引发，而无其它反应介质存在地聚合实施方法。

高聚物的合成工艺过程包括：①原料准备与精制过程 单体、溶剂，主要是去离子水的贮存、洗涤、精制、干燥、调整浓度等过程和设备，由于单体往往是易燃、易爆、有毒、自聚的有机化合物，因此在贮存过程中应注意如下问题：1) 防止与空气接触；2) 使贮罐不会产生过高压力；3) 防止泄漏；4)加阻聚剂；5) 贮罐远离反应装置；6) 最好使用耐压容器②催化剂（引发剂）配制过程 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 包括聚合和以聚合为中心的有关热交换设备及反应物料输送过程与设备生产不同牌号产品的方法：使用分子量调节剂；改变反应条件；改变稳定剂等 聚合反应分类聚合反应反应机理操作方式逐步聚合加聚反应自由基聚合离子聚合和配位聚合本体、溶液间歇和连续熔融、溶液、界面、固体间歇聚合操作不易实现操作过程的全部自动化，每一批产品的规格难以控制严格一 致。

优点：反应条件易控制，升温，恒温可精确控制在一定温度；物料在反应器内停留时间相同；适于小批量生产，容易改变品种和牌号。

连续聚合操作方式反应条件稳定，易实现操作过程的全部自动化，机械化。

缺点：不宜经常改变产品牌号，不便小批量生产某牌号产品。

聚会反应器分类：管式、塔式、釜式， 特殊的：螺旋挤出机式、板框式。

排热方式：①管式聚合反应器主要依靠在套管内流动的冷却介质排除反应热。

②釜式聚合反应器的排热方式是多样的，主要有：夹套冷却；夹套附加内冷管冷却；内冷管冷却；反应物料釜外循环冷却；回流冷凝器冷却；反应物料部分闪蒸；反应介质预冷。

④分离过程 包括未反应单体的回收，脱除溶剂、催化剂，脱除低聚物等过程与设备。