(已排版)聚合物合成工艺学课后习题全解
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1.简述四种自由基聚合生产工艺的定义以及它们的特点和优缺点。
(教材P37-38、P48、P51、P56、P60)2.举例说明自由基聚合引发剂的分类,在高聚物生产中如何选择合适的引发剂。
(教材P38-41、P44-45)3.在聚合生产工艺中如何控制产品的分子量,举例说明常用的分子量调节剂。
(教材P46-47)4.自由基悬浮聚合生产中的分散剂种类并举例,以及它们的作用机理。
(教材P53-54)5.简述自由基悬浮聚合生产工艺。
(教材P55-56)6.自由基乳液聚合中乳化剂的分类并举例说明,并简述不同乳化剂的稳定性作用原理。
(教材P62-66)8.简述自由基悬浮聚合生产工艺。
(教材P72、74、75、78、79)9.简述阴离子聚合、阳离子聚合的工业应用。
(教材P84-85)(教材P87)10.什么是Ziegler-Natta催化剂,它的组成如何。
(教材P88)11.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。
(教材P107)12.简述四种线型缩聚物生产工艺的定义并比较它们的优缺点和应用范围。
(教材P113)13.聚氨酯的定义和反应通式。
(教材P132)14. 从分子结构进行分析说明为什么异氰酸酯具有很高的反应活性。
(教材P132-133)15. 简述一步法和两步法合成聚氨酯树脂的原理。
(教材P135-137)16. 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、催化剂的类型。
(教材P138-146)17. 从大分子结构方面阐述聚氨酯为什么会有广泛的应用和优异的性能。
(教材P147)18. 聚氨酯泡沫塑料的分类,其成泡原理是什么,发泡工艺有哪些。
(教材P150-151、教材153-154)19.何为活性聚合物?为什么阴离子聚合可为活性聚合?举例说明阴离子聚合的应用。
20.为什么缩聚物的分子量一般都不高?为提高缩聚物的分子量生产上通常采取那些措施。
21.叙述Natta双金属机理和Cossee-Arlman单金属机理是如何解释丙烯配位聚合的,它们的不同点及各自的不足是什么?22.简述乳液聚合原理,讨论乳液聚合生产过程及产品质量的影响因素,并举例说明乳液聚合生产工艺的应用。
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。
1生产单体的原料路线有哪几种?试比较它们的优缺点?答:①石油路线:目前最主要的单体原料路线②煤炭路线:乙炔,电石生产需大量电能,经济上不合理,由于我国历史原因和资源情况,乙炔仍是高分子合成的工业的重要原料。
③可再生资源路线,原料不充足,成本高,但充分利用自然资源,变废为宝的基础上,小量生产某些单体出发点还是可取的。
2、如何有C4馏分制取1,3丁二烯?①用C4馏分分离出来的丁烯进行氧化脱氢制取②将裂解气分离得到的C4馏分用PM下进行萃取蒸馏抽提制取。
第三章本体聚合1、简述高压聚乙烯工艺流程答:精制的乙烯进入一次压缩(一级);来自低压分离的循环乙烯与相对分子量调节剂混合后,进入一次压缩机入口,压缩至250MPa,然后与来自高压分离器循环乙烯混合后进行二级压缩;冷却单体进入聚合反应器,引发剂溶液用高压泵送入进料口或直接进入气相聚合;然后高压分离、低压分离挤出切粒,未反应单体分离循环使用。
2、高压PE有哪两种主要工艺路线?各有什么特点?管式反应器进行、反应釜中进行两条主要工艺路线管式反应器反应中:物料在管内呈柱塞状流动,无返混现象,反应温度沿反应管长度而变化,得高压聚乙烯分子量分布较宽,耐高压。
无搅拌系统,长链分枝少。
生产能力取决于反应管参数。
釜式反应器:物料可充分混合,反应温度均匀,还可分区操作。
耐高压不如管式,反应能力可在较大范围内变化,反应易控制。
PE分布窄,长链分枝多。
3、高压PE合成反应条件比较苛刻,具体条件如何?为什么采用这样的工艺条件?反应温度设在150℃~330℃,原因有二:①乙烯无任何取代基,分子结构对称,纯乙烯在350℃以上爆炸性分解,从安全角度,避免因某些特殊不可预知的因素造成温度上升,引发事故,故使T<330℃②PE 熔点为130℃,当T<130℃时造成大量PE凝固,堵塞管道,同样造成反应难以进行,造成事故,故最低温度不低于130℃,一般温度大于150℃。
反应在低压下进行,原因:乙烯常压下位气体,分子间距离远,不易反应,压缩后,分子间距离显著缩短,极大增加了自由基与单体分子之间碰撞几率,易反应,在100~300MPa下,C2H4接近液态烃,近似不可压缩状态,其次T上升,需压力也增加,才能使PE与单体形成均相状态,保持反应顺利进行。
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.。
1.高分子合成材料的生产过程答: 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)分离过程特点: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.生产单体的原料路线有几条?比较它们的优缺点。
答:石油化工路线煤炭路线其他原料路线6.高压聚乙烯分子结构特点是怎么样形成的,对聚合物的加工性能有何影响?答:乙烯在高温下按自由基聚合反应的机理进行聚合。
高温状况下,PE分子间的距离缩短,且易与自由基碰撞反应,很容易发生本分子链转移,支链过多。
影响:这种PE加工流动性好,.可以采取中空吹塑,注塑,挤出成型等加工方法,具有良好的光学性能,强度,柔顺性,封合性,无毒无味,良好的电绝缘性7.悬浮聚合与本体聚合相比有那些特点?答:1)以水为分散介质,价廉,不需回收,安全,易分离.2)悬浮聚合体粘度低,温度易控制,3)颗粒形态较大,可以制成不同粒径的粒子4)需要一定的机械搅拌和分散剂5)产品不如本体聚合纯净 6)悬浮聚合的操作方式为间歇,本体为连续8.紧密型与疏松型颗粒的PVC有何区别?这些区别是如何形成的?答:XJ-规整的圆球状,即乒乓球状,粒度大小不均;XS-多孔性不规则颗粒,即棉花团.所选用的分散剂不同,疏松型的PVC树脂吸收增塑剂的速度明显高于紧密型.紧密型采用明胶为分散剂,疏松型采用适当水解度的聚乙烯醇和水溶性纤维素醚.9.简述PVC悬浮聚合工艺过程答:1、准备工作:首先将去离子水,分散剂及除引发剂以外的各种助剂,经计量后加于聚反应釜中,然后加剂量的氯乙烯单体,2、聚合:升温至规定的温度.加入引发剂溶液或分散液,聚合反应随时开始,夹套同低温水进行冷却,在聚合反应激烈阶段应通5C以下的低温水,严格控制反应温度波动不超过正负0.2C3、分离:当反应釜压力下降至规定值后结束反应,方法为加链终止剂,4、聚合物后处理:然后进入单体回收,干燥,筛选出去大颗粒后,包装得产品.10.试述悬浮聚合中主要影响因素有那些?(悬浮聚合中影响颗粒大小及其分布)答:反应器几何形状的影响;操作条件的影响;材料因素-如两相液滴动力粘度,密度和表面张力等;分散剂.11.试述乳液聚合物系及其作用答:单体:聚合物单体材料原材料.水:比热大,易于清楚反应热,降低体系粘度,构成连续相,使液滴分散,溶解引发剂,PH调节剂等.乳化剂:使单体在乳状液中稳定;使单体在胶体中增溶,使聚合物粒子稳定,增加集合物稳定性,对乳液聚合起脆化作用,形成产生链转移或阻聚作.引发体系:在一定条件下分解产生自由基,从而引发反应.12.自由基溶液聚合中溶剂起什么作用?怎么样选择溶剂?答:作用:a溶剂对引发剂分解速度的影响 b溶剂的链转移作用对分子量的影响c溶剂对聚合物分子的支化与构型的影响.溶剂的选择:a考虑单体在所选择的溶剂中的溶解性 b溶剂的活性:应当无阻聚或缓聚等不良影响以及考虑对引发剂的诱导分解作用. c溶剂对聚合物溶解性能和对凝胶效应的影响:选用良溶剂时为均相聚合,有可能消除凝胶效应 d选用沉淀剂时为沉淀聚合,凝胶效应显著.溶液聚合选择溶剂时应考虑溶剂的Cs值 e溶剂的毒性,安全性和生产成本.13.离子型聚合与自由基溶液聚合对溶剂的要求有何区别?答:离子聚合:1)可能与引发剂产生的作用 2)熔点或沸点的高低 3)容易精制提纯 4)与单体、引发剂和聚合物的相容性等因素 5)充分干燥 6)溶剂极性大小 7)对离子活性中心的溶剂化能力。
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触媒可由以下的化合物组合而成: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响:*些单体的官能团可按逐步反响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,这种反响称为逐步加成聚合反响。
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展缩聚反响的方法。
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。
外表活性剂:是指具有固定的亲水亲油基团,在溶液的外表能定向排列,并能使外表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,是一类外表活性剂HBL值:用来衡量外表活性剂分子中的亲水局部和亲油局部对其性质所作奉献大小的物理量。
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,而不增加反响体系中微粒的数目。
核-壳聚合:两种单体进展共聚合时,如果一种单体首先进展乳液聚合,然后参加第二种单体再次进展乳液聚合,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,于枯燥空气中进展活化,使铬原子处于Cr+6状态。
高分子材料加工工艺第一章绪论1.材料的四要素是什么?相互关系如何?答:材料的四要素是:材料的制备(加工)、材料的结构、材料的性能和材料的使用性能。
这四个要素是相互关联、相互制约的,可以认为:1)材料的性质与现象是新材料创造、发展及生产过程中,人们最关注的中心问题。
2)材料的结构与成分决定了它的性质和使用性能,也影响着它的加工性能。
而为了实现某种性质和使用性能,又提出了材料结构与成分的可设计性。
3)材料的结构与成分受材料合成和加工所制约。
4)为完成某一特定的使用目的制造的材料(制品),必须是最经济的,且符合社会的规范和具有可持续发展件。
在材料的制备(加工)方法上,在材料的结构与性能关系的研究上,在材料的使用上,各种材料都是相互借鉴、相互渗透、相互补充的。
2.什么是工程塑料?区分“通用塑料”和“工程塑料”,“热塑性塑料”和“热固性塑料”。
答:按用途和性能分,又可将塑料分为通用塑料和工程塑料。
工程塑料是指拉伸强度大于50MPa,冲击强度大于6kJ/m2,长期耐热温度超过100℃的、刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀性优良等的、可替代金属用作结构件的塑料。
但这种分类并不十分严格,随着通用塑料工程化(亦称优质化)技术的进展,通过改性或合金化的通用塑料,已可在某些应用领域替代工程塑料。
热塑性塑料一般是线型高分子,在溶剂可溶,受热软化、熔融、可塑制成一定形状,冷却后固化定型;当再次受热,仍可软化、熔融,反复多次加工。
例如:PE、PP、PVC、ABS、PMMA、PA、PC、POM、PET、PBT。
热固性塑料一般由线型分子变为体型分子,在溶剂中不能溶解,未成型前受热软化、熔融,可塑制成一定形状,在热或固化剂作用下,一次硬化成型;一当成型后,再次受热不熔融,达到一定温度分解破坏,不能反复加工。
如PF(酚醛树脂)、UF(脲醛树脂)、MF(三聚氰胺甲醛树脂)、EP(环氧树脂)、UP(不饱和树脂)等。
3.与其它材料相比,高分子材料具有那些特征(以塑料为例)?答:与其他材料相比,高分子材料有以下特性(以塑料为例)。
《聚合物合成工艺学》各章重点第一章绪论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。
3. 聚合反应设备1、选用原则:聚合反应器的操作特性、聚合反应及聚合过程的特性、聚合反应器操作特性对聚合物结构和性能的影响、经济效应。
2、搅拌的功能要求及作用功能要求:混合、搅动、悬浮、分散作用:1)推动流体流动,混匀物料;2)产生剪切力,分散物料,并使之悬浮;3)增加流体的湍动,以提高传热效率;4)加速物料的分散和合并,增大物质的传递效率;5)高粘体系,可以更新表面,使低分子蒸出。
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。
聚合物合成工艺学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:干燥干燥的粉状合成树脂包装粉状合成树脂商品潮湿的粉状稳定剂等合成树脂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。
合成实⽤⼯艺学课后习题第⼀章绪论⼀、填空题1、对于均相反应体系,搅拌器的作⽤主要是__加速传热_;对于⾮均相反应体系,搅拌器则有___加速传热和____传质__的双重作⽤。
2、⼯业上合成树脂的⼲燥⽅法,主要是_⽓流⼲燥机沸腾⼲燥_。
当树脂含有机溶剂时,或粉状树脂对空⽓的热氧化作⽤敏感时,则⽤加热的____氮⽓__作为载热体进⾏⼲燥;3、⼯业上当合成树脂含⽔时,通常⽤加热的_____空⽓__作为载热体进⾏⼲燥;⼆、选择题1、对于低粘度聚合物的溶液聚合反应釜应选择(D)搅拌器。
A、锚式B、平浆式C、螺带式D、旋浆式2、C4馏分中所含的丁烷、丁⼆烯、丁烯各异构体的沸点⾮常相近,可通过(`C)的⽅法进⾏分离。
A、闪蒸B、⽔蒸⽓蒸馏C、萃取精馏D、减压蒸馏3、对于⾼粘度流动性差的合成橡胶的溶液聚合反应釜应选择( C )搅拌器。
A、锚式B、平浆式C、螺带式D、旋浆式三、判断题1、聚合物的形态可能是坚硬的固体物、⾼粘度熔体或⾼粘度溶液,所以不能⽤⼀般的产品精制⽅法如蒸馏、结晶、萃取等⽅法对聚合物进⾏精制。
(对)2、经分离操作的合成橡胶,含⽔量40%-50%,可以⽤⽓流⼲燥或沸腾⼲燥的⽅法进⾏⼲燥。
(错)3、⼀般潮湿的合成橡胶胶粒采⽤箱式⼲燥机或挤压膨胀⼲燥机进⾏⼲燥。
(对)第⼆章⽣产单体的原料路线⼀、填空题1、从油⽥开采出来未经加⼯的⽯油称为原油。
2、⽯油裂解⽣产烯烃时,液态烃在⾼温裂解区的停留时间仅为,⽬的是为了减少副反应、提⾼烯烃的收率。
⼆、选择题1、⽯油裂解⽓经精制分离得到的主要产品中,丙烯收率为( D )。
)A、25%~26%B、11%~12%C、29%~30%D、16%~18%2、⽯油裂解⽓经精制分离得到的主要产品中,⼄烯收率为(A)。
A、25%~26%B、11%~12%C、29%~30%D、16%~18%3、C4馏分中所含的丁烷、丁⼆烯、丁烯各异构体的沸点⾮常相近,可通过(` C)的⽅法进⾏分离。
聚合物合成工艺学课后习题全解1. 何谓三大合成材料?简要说明他们的特点。
答:(1)用合成的高分子化合物或称做合成的高聚物为挤出制造的有机材料,统称为合成材料。
其中以塑料、合成纤维、合成橡胶塑料、塑料合成纤维、合成橡胶称为三大合成材料。
(2)特点:塑料是以合成树脂为基本成分,具有质轻、绝缘、耐腐蚀、美观、制品形式多样化等。
塑料大多是有机材料,因此其主要的缺点是绝大多数塑料制品都可以燃烧,在长期使用过程中由于光线、空气中氧的作用以及环境条件和热的影响,其制品的性能逐渐变坏,甚至损坏到不能使用,即发生老化现象。
合成橡胶是用化学的合成方法产生的高弹性体。
经硫化加工可制成各种橡胶制品。
某些种类合成橡胶的橡胶具有较天然橡胶为优良的耐热、耐磨、耐老化、耐腐蚀或耐油等性能。
合成纤维,线型结构的高分子量合成树脂,经过适当方法纺丝得到的纤维称为合成纤维。
合成纤维成纤维与天然纤维相比较,具有强度高、耐摩擦、不被虫蛀、耐化学腐蚀等优点。
缺点是不易着色,未经过处理时易产生静电荷,多数合成纤维吸湿性差。
2. 合成高分子化合物的聚合反应主要包括哪两大类?答:合成高分子化合物的聚合反应主要包括连锁聚合反应和逐步聚合反应两大类。
3. 单体储存时应注意什么问题,并说明原因?答:单体储存时应达到防止单体自聚、着火和爆炸的目的。
(1)防止单体自聚,为了防止单体自聚,在单体中添加少量的阻聚剂。
(2)防止着火,为了防止着火事故发生,单体储罐要远离反应装置,储罐区严禁明火以减少着火的危险。
(3)防止爆炸,防止爆炸事故的发生,首先要防止单体泄露,因单体泄露后与空气接触产生易爆炸的混合物或过氧化物;储存气态单体或经压缩冷却后液化的单体的储罐应是耐压的储罐;高沸点的单体储罐应用氮气保护,防止空气进入。
4. 聚合物反应产物的特点是什么?答:①聚合物的相对分子量具有多分散性。
②聚合物的形态有坚韧的固体、粉状、粒状和高粘度的溶液。
③聚合物不能用一般产品精制的方法如蒸馏、重结晶和萃取等方法进行精制和提纯。
5. 选择聚合方法的原则是什么?答:聚合方法的选择原则是根据产品的用途所要求的产品形态和产品成本选择选择适当的聚合方法。
6. 生产单体的原料路线有几条?试比较它们的优缺点?答:工业上生产的高聚物主要是加聚高聚物和缩聚高聚物。
当前主要有两条路线。
(1)石油化工路线(石油资源有限))石油化工路线(石油资源有限)石油经开采得油田气和原油。
原油经炼制得到石脑油、煤油和柴油等馏分和炼厂气。
以此为原料进行高温热裂解可得到裂解气和裂解轻油。
裂解气经分离精制可得到乙烯、丙烯、丁烯和丁二烯等。
裂解轻油和煤油经重整得到的重整油,经加氢催化重整使之转化为芳烃,经抽提(萃取分离)得到苯、甲苯、二甲苯和萘等芳烃化合物。
(2)煤炭路线(资源有限,耗能大))煤炭路线(资源有限,耗能大)煤矿经开采得到煤炭,煤炭经炼焦得煤气、氨、煤焦油和焦炭。
煤焦油经分离精制得到苯、甲苯、二甲苯、萘和苯酚等。
焦炭与石灰石在高温炉中高温加热得到电石(CaC2),电石与 H2O 反应得到乙炔。
炔可以合成氯乙烯、醋酸乙烯和丙烯腈等单体或其他有机原料。
(3)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加工为单体。
本路线原料不足、成本较高,但它也是充分利用自然资源,变废为宝的基础上小量生产某些单体,其出发点是可取的。
7. 简述由最基本的原料(原油、天然气和煤)制造高分子材料的过程。
答:石油化工路线(石油资源有限)石油经开采得油田气和原油。
原油经炼制得到石脑油、煤油和柴油等馏分和炼厂气。
以此为原料进行高温热裂解可得到裂解气和裂解轻油。
裂解气经分离精制可得到乙烯、丙烯、丁烯和丁二烯等。
裂解轻油和煤油经重整得到的重整油,经加氢催化重整使之转化为芳烃,经抽提(萃取分离)得到苯、甲苯、二甲苯和萘等芳烃化合物。
答:煤炭路线(资源有限,耗能大)煤矿经开采得到煤炭,煤炭经炼焦得煤气、氨、煤焦油和焦炭。
煤焦油经分离精制得到苯、甲苯、二甲苯、萘和苯酚等。
焦炭与石灰石在高温炉中高温加热得到电石(CaC2),电石与 H2O 反应得到乙炔。
由乙炔可以合成氯乙烯、醋酸乙烯和丙烯腈(jing)等单体或其他有机原料。
8. 请写出 10 种用自由基聚合获得的高聚物。
答:高压聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯脂、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶。
9. 在高聚物生产中有几种聚合物是采用本体聚合方法合成的?答:在高聚物工业生产中采用本体聚合方法的有高压聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等,少数工厂一部分聚氯乙烯用本体聚合法生产。
10. 本体聚合的主要组分是什么?本体聚合的特点是什么?答:定义:本体聚合是指单体在少量引发剂的(甚至不加引发剂而是在光、热或辐射能)的作业下聚合成高聚物的过程。
组分:是单体加有(或不加)少量引发剂的聚合,可以包括熔融聚合和气相聚合。
特点:(1)优点:本体聚合的主要优点是聚合体系中无其他反应介质,组分简单,工艺过程较简单,当单体转化率很高时可以省去分离工序和聚合物后处理工序,可直接造粒得粒状树脂;同时设备利用率高;产品纯度高。
(2)缺点:其缺点是体系粘度大、聚合热不易排出,自动加速现象严重,易产生爆聚,轻者影响产品质量,重者是聚合失败。
11. 悬浮聚合有哪几种?与本体聚合相比较其优缺点是什么?答:悬浮聚合是指溶有引发剂的单体,借助悬浮剂的作用和机械搅拌,是单体以小液滴的形式分散在介质水中的聚合过程。
悬浮聚合分类:悬浮聚合可根据单体对聚合物溶解与否,将其分为均相悬浮聚合和非均相悬浮聚合。
(1)均相悬浮聚合)如果聚合物溶于其单体中,则聚合物是透明的小珠,该种悬浮聚合称为均相悬浮聚合或称珠状聚合。
(2)非均相悬浮聚合)如果聚合物不溶于其单体中,聚合物将以不透明的小颗粒沉淀下来,该种悬浮聚合称为非均相悬浮聚合或称沉淀聚合。
优点:①体系粘度低,传热和温度容易控制,产品分子量及其分布比较稳定②不容易产生自动加速现象③生产成本较低缺点:①产物带分散剂残留物②工业上采用间歇法生产,难以实现连续化生产③需后处理工序。
12. 悬浮聚合的主要组分是什么?对各组分的要求如何?答:悬浮聚合的主要组分是单体、引发剂、悬浮剂和介质(水)单体:要求:对单体进行精制,时期纯度达到要求才能进行聚合。
(杂质的阻聚作用和缓聚作单体:要求对单体进行精制,时期纯度达到要求才能进行聚合。
用;加速作用和凝胶作用;杂质的链转移作用)介质水:因此,高分子合成工业中用去离子水做聚合用水。
(在悬浮聚合中使用大量的水作介质水:因此,高分子合成工业中用去离子水做聚合用水。
为介质。
氯离子、铁离子、镁离子、钙离子及可见杂质使聚合物带有颜色并使产品质量下降,水中的氯离子还能破坏悬浮聚合的稳定性,使聚合物粒子变粗;水中的溶解氧能产生阻聚作用,延长诱导期,降低聚合速率。
)悬浮剂:引发剂:13. 何为均相溶液聚合?何谓非均相溶液聚合?答:溶液聚合是单体和引发剂溶于适当的溶剂中聚合为高聚物的过程。
(1)均相溶液聚合单体溶于溶剂中,聚合物也于溶剂中,形成聚合物溶液,这种溶液聚合体系称为均相溶液聚合。
(2)非均相溶液聚合单体溶于溶剂中,聚合物不于溶剂中,形成固体聚合物沉淀出来,这种溶液聚合体系称为非均相溶液聚合。
14. 溶液聚合中溶剂的作用是什么?选择溶剂的原则是什么?溶液聚合中溶剂的作用是什么?选择溶剂的原则是什么?答:溶液聚合中使用的溶剂可作为传热介质并且抑制了凝胶效应,防止自动加速现象,因此反应易于控制,易于调节产品的分子量及其分布。
在溶液聚合中,溶剂的种类和用量直接影响着聚合反应的速率、聚合物的相对分子质量、聚合物相对分子量分布和聚合物的构型。
因此,选择适当的溶剂很重要。
选择原则是:①溶剂对自由基聚合不能有缓聚和阻聚等不良影响(2)为了得到一定相对分子质量的聚合物,溶剂的的用量不能太大③如果得到聚合物溶液,则选择聚合物的良溶剂,而要得到固体聚合物,则应选择聚合物的非溶剂④尚需考虑毒性和成本问题15. 何谓乳液聚合其主要组分和各组分的作用是什么?乳液聚合的特点是?答:乳液聚合是指单体在乳化剂的作用下分散在介质水中形成乳状液(液/液分散体系),在水溶性引发剂的作用下进行聚合,形成固态高聚物且分散于水中(称为乳胶),此时的乳状液称为固/液分散体系。
组分:油溶性单体、水溶性引发剂、水溶性乳化剂和介质水。
作用:①乳化剂的乳化作用:某些物质能降低水的界面张力,对单体有增溶作用,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,这种作用称为乳化作用。
②介质水:作为分散介质,有较高的比热,散热较易。
特点:①以水为介质,价廉安全,且对传热十分有利②分散体系稳定性优良,可以进行连续操作,聚合物乳胶可以作为胶黏剂、涂料或表面处理剂等直接利用。
③用固体聚合物是,需要加电解质破乳、水洗和干燥等工序,工序过程较复杂④乳液聚合体系中基本上消除了自动加速现象,乳液聚合的聚合塑料可以很高,聚合物的相对分子质量也很高。
⑤乳液聚合不仅可以用于合成树脂用聚合物的生产,而且可以用橡胶用聚合作用聚合物的生产。
16. 何谓乳化剂?乳化剂作用是什么?乳化剂有哪几种?使用有何不同?有哪些指标来表征乳化剂的性能?答:具有乳化作用的物质称为乳化剂。
某些物质能降低水的界面张力,对单体有增溶作用,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,这种作用称为乳化作用。
作用:①降低表面张力,使单体分散成细小液滴②在液滴表面形成保护层,防止凝聚,是乳液稳定③形成胶束,是单体增溶。
乳化剂的种类:阳离子型、阴离子型、两性和非离子型四种。
使用:阳离子表面活性剂是乳液聚合工业中应用最广的,通常是在 Ph>7 的条件下使用。
阴离子表面活性剂,通常是在 Ph<7 的条件下使用,最好低于 5.5 性能:有三个指标来表征:①临界胶束浓度(CMC)②亲水—亲油平衡值(HLB)③三相平衡点17. 写出乙烯、丙烯和二烯烃的配为聚合的引发剂。
答:①乙烯配为聚合的引发剂低压法常用的引发剂是 TiCl4+Al(C2H5)2Cl 中压法常用的引发剂是载于载体上的金属氧化物。
常用的有两种:三氧化铬载于二氧化硅—三氧化铝载体上。
三氧化钼载于活性氧化铝上,常称为美孚法②丙烯配为聚合的引发剂用于生产有规聚丙烯的 Ziegler—Natta 引发剂最基本的组成是 a—TiCl4+Al(C2H5)2Cl ③二烯烃配位聚合常用的引发剂是 Ni—三元引发剂18. 讨论在离子聚合中聚合方法和操作方法与自由基聚合有何不同,并说明原因。
答:离子聚合所用的引发剂对水极为敏感,因此,离子聚合的实施方法中不能用水作为介质,即不能采用悬浮聚合和乳液聚合,离子聚合只能采用本体聚合和溶液聚合,并且单体和其他原料中含水量应严格控制。