高聚物合成工艺学

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。

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。

名词解释浊点：非离子表面活性剂被加热到一定温度，溶液由透明变为浑浊，出现此现象时的温度称为浊点，乳液聚合在浊点以下进行均缩聚：一种单体参加的缩聚反应共缩聚：均缩聚体系和混缩聚体系加入其它单体进行缩聚三相点:离子型乳化剂在一定温度下会同时存在乳化剂真溶液、胶束和固体乳化剂三相态，此温度点称三相点。

乳液聚合在三相点以上进行。

离子聚合：乙烯基单体，二烯烃单体以及一些杂环化合物在某些离子的作用下进行的聚合反应称之为离子聚合反应。

（单体在阳离子或阴离子作用下，活化为带正电荷或带负电荷的活性离子，再与单体连锁聚合形成高聚物的化学反应，统称为离子型聚合反应）配位聚合:是烯烃单体的碳-碳双键与引发剂活性中心的过渡元素原子的空轨道配位，然后发生位移使单体分子插入到金属-碳之间进行链增长的一类聚合反应。

混缩聚(异缩聚物)：两种单体参加的缩聚反应逐步加成聚合反应：某些单体分子的官能团可以按逐步反应的机理相互加成而获得聚合物，但又不析出小分子副产物，这种反应称为逐步加成聚合反应。

扩链反应：预聚物通过末端活性基因的反应使分子相互连结而增大分子量的过程均相本体聚合：指生成的聚合物溶于单体（如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯）。

非均相本体聚合：指生成的聚合物不溶解在单体中，沉淀出来成为新的一相（如氯乙烯）。

HLB值：亲水亲油平衡值用来衡量乳化剂分子中亲水部分和亲油部分对其性质所做贡献大小的物理量。

HLB值越大表明亲水性越大；反之亲油性越大。

"临界胶束浓度"（CMC）：表面活性剂分子形成胶束时的最低浓度.从结构而言,疏水基团越大，则CMC值越小。

在烃基带有极性基团时，CMC值增大。

萃取精馏：是用来分离恒沸点混合物或组分挥发度相近的液体混合物的特殊精馏方法。

基本原理是，液体的混合物中加入较难挥发的第三组分溶剂，以增大液体混合物中各组分的挥发度的差异，使挥发度相对地变大的祖坟可以由精馏塔顶馏出，挥发度相对地变小的组分则与加入的溶剂在塔底流出。

高聚物合成工艺学课程设计1. 简介高聚物是指分子量较大的化合物，通常由许多相同或不同的低分子量单体通过共价键或物理吸附力连接而成。

它们具有良好的物理、化学性质和广泛的应用领域。

因此，高聚物合成工艺学被认为是聚合物科学和技术中最基础、最重要的课程之一。

本课程设计将介绍高聚物的基本知识和经典的合成工艺，同时对于主流合成工艺进行评价和探讨。

2. 高聚物的基本知识高聚物合成的基础知识包含聚合物的结构、聚合反应、聚合引发体系、聚合反应动力学等内容。

其中，聚合物结构主要可分为线性聚合物、支化聚合物和交联聚合物等，每种结构的聚合物间具有不同的相互作用和特性；聚合反应分为自由基聚合、离子聚合、配位聚合、酸碱聚合和辐射聚合等多种类型，选择合适的聚合反应条件可以获得不同结构和性能聚合物；聚合引发体系包括光聚合、热聚合、溶液聚合等，不同引发体系也能在具体的反应条件下获得适宜的聚合物；聚合反应动力学是研究聚合反应机理和行为的基础，主要通过分级或不同温度的反应监测来确定反应行为和条件。

3. 经典高聚物合成工艺3.1 酯交换法酯交换法是制备聚酯和聚酯类高分子的最基本方法之一。

它基于酯基互换反应，通过酸催化下的乙酸酯类单体与多元醇反应得到聚酯。

通常采用平衡转化法和超额法两种不同的反应体系。

其中，平衡转化法是指在反应体系中保持平衡或加入不断供应单体的方法，通过保持反应进程平衡，使产物分子量分布变窄；而超额法是指在反应体系中加入大量单体，使反应在一定程度上是未定常态的，能够获得更高分子量的产物。

3.2 氧化聚合法氧化聚合法是制备聚合物和聚酰胺的通用供体分子的方法之一。

该方法利用氧化剂使单体进行氧化反应，进而聚合得到高分子。

常见的氧化剂有过氧化苯甲酰、过氧化氢等。

与其他聚合反应相比，这种方法具有反应速率快、产率高、反应条件宽、不需引发剂等优点。

3.3 酰胺反应法酰胺反应法是利用酸催化下的肽键形成的特性，通过底物酸或酐与α-氨基酸或胺反应而得到聚酰胺的方法。

《高聚物合成工艺学》课程教学大纲英文名称：Synthetical Technic of Polymer课程类型：专业课课程要求：必修学时/学分：40/2.5适用专业：高分子材料与工程一、课程性质与任务过本课程的学习，使学生能掌握几种高聚物生产工艺，并能够用所学基础理论解决实际问题，对生产技术和发展方向有所了解，掌握高聚物合成工艺过程及方法的规律性。

掌握高分子材料科学的基础理论知识、高分子材料合成及改性的方法，具有开发新型高分子材料及产品的初步能力；具有对现有通用产品的生产和操作能力；具有常规分析仪器的操作和检测能力；具有进行技术经济分析和管理的初步能力。

二、课程与其他课程的联系高聚物合成工艺学是将单元操作技术，聚合反应工程及高聚物合成原理等综合一体的应用性较强的课程，该课程是在本专业学生学过了无机化学、有机化学、物理化学、化工原理和高分子化学及高分子物理等专业学科基础课的基础上开设的，在知识和内容上与这些课程紧密相关，特别是化工原理的单元操作和高分子化学的聚合反应过程是构成高聚物合成工艺的基本单元。

三、课程教学目标通过高聚物合成工艺学这门课程的学习，使学生达到以下目的：1 .了解高分子材料合成与分子设计的关系，了解高聚物合成所用的主要单体，合成树脂、合成橡胶、合成纤维、涂料、粘合剂、工程高分子材料、特种高分子、功能高分子等品种的生产和制备方法。

2.掌握重点高聚物品种生产工艺过程、工艺设备、过程控制方法和调节手段，掌握工艺计算和程序。

3.培养和训练学生将所学过的基本理论和技术与高聚物合成工艺紧密结合在一起，形成有机地统一体，从而提高学生分析和解决实际问题的能力。

4.从网上查找相关高聚物发展新材料。

新信息介绍给学生。

开拓学生视野。

四、教学内容、基本要求与学时分配五、其他教学环节（课外教学环节、要求、目标）1.教学方式与教学方法的具体改革措施是教学以讲授为主，辅以现场参观和文献调研等教学形式。

在教学过程中将参观辽阳石化分公司烯炷厂的聚乙烯装置。

1、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(包括缩聚反应等)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。

基本有机合成工业、高分子合成工业和高分子合成材料成型工业是密切相联系的三个工业部门。

（2）对于三废的处理：①在进行工厂设计时应当考虑将其消除在生产对程中，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．应当丁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产所。

不能用清水冲淡废水的方法降低废水中有害物质的浓度。

②对含有不涪于水的油类废水，利用密度的不同，流经上部装有挡板的水池以清除浮油，然后进行生物氧化处理。

③对含有固体微粒的废永应流经沉降池，使微粒自然沉降，然后废水迷往处理中心。

如果废水中溶有较多的有机溶荆.则不适于生化处理，需要焚烧处理。

废水中舍有重金属时·应当用离子交换树脂进行处理。

④有机废渣通常作为锅炉燃料进行焚烧。

(3)回收利用方法:①作为材料再生循环使用;②作为化学品循环使用;③作为能源回收利用 6、最重要的原料来源路线：①石油化工路线;②煤炭路线;③其他原料路线.7、C4馏分的组成：丁烷、丁烯和丁二烯，是石油炼制过程中和液态烃高温裂解过程中产生。

8、引发剂的选择 ①根据聚合方法选择适当溶解性能的水溶性或油溶性引发剂；②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；③根据分解速度常数；④根据分解活化能；⑤根据引发剂的半衰期。

特点：①本体聚合是四种方法中最简单的方法,无反应介质,产物纯净,适合制造透明性好的板材和型材； ②后处理构成简单，可以省去复杂的分离回收等操作过程,生产工艺简单,流程短,设备少,较经济； ③反应器有效反应容积大,生产能力大,易于连续化,生产成本比较低.缺点：①放热量大,反应排除困难,不易保持一定的反应温度；②物料黏度很大 11、本体聚合中改善传热所采用的方法？ ①加入一定量的专用引发剂调节反应速率； ②采用较低的反应温度,使放热缓和； ③反应进行到一定转化率,粘度不高时就分离聚合物； ④分段聚合，控制转化率和“自动加速效应”； ⑤改进和完善搅拌器和传热系统,以利于聚合设备的传热； ⑥采用“冷凝态”进料和“超冷凝态”进料；⑦加入少量内润滑剂改善流动性。

高聚物合成工艺学资料高聚物合成工艺学第一章高分子化合物生产过程(1) 原料准备与精制过程:包括单体、溶剂、去离子水等原料贮存、冼涤、精制、干燥、调整浓度等过程与设备。

(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、脱除溶剂、催化剂、低聚合物等过程与设备。

(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与设备。

第二章石油化工路线从轻柴油制取乙烯和丙烯轻柴油(b.p<350)----裂解物为乙烯、丙烯、C4馏分裂解特点: 750—820度热裂解、停留时间0.2-- 0.5秒，控制烃类裂解分压，以抑制副反应。

5. 精制过程:脱酸、除水、除炔。

分离过程:深冷分离法乙炔和乙烯合成其他单体和树脂路线见书31和35—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CH2=CH2+Cl2+O2—CH2Cl-CH2Cl—CH2=CHCl—聚氯乙烯CH2=CH2+CH3COOH+O2—CH2=CH-OOCCH3—聚乙酸乙烯酯—聚乙烯醇—维纶树脂第三章自由基聚合生产工艺引发剂的选择:(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)根据引发剂的分解速度随温度的不同而变化，所以要根据反应温度选择合适的引发剂。

(3)根据分解速度常数选择引发剂。

(4)根据分解活化能Ed选择引发剂。

(5)根据引发剂的半衰期，选择引发剂。

间歇法悬浮聚合时，反应时间应是引发剂半衰期的2倍以上。

若无适当的引发剂，则可用复合引发剂，复合引发剂的半衰期tmt0.5m[I]m1/2 = t0.5A[I]A1/2 + t0.5B[I]B1/2连续聚合中，应根据物料在反应器中的平均停留时间选择适当的引发剂，未分解的引发剂量与停留时间的关系用经验式计算:v = ln2/( t/τ+ln2)τ= t，则有40%未分解的引发剂带出反应器，τ= t/6，则有10%未分解的引发剂带出反应器。

高聚物合成工艺学
《高聚物合成工艺学》
一、编辑概述
本书是一部全面系统地研究高聚物合成工艺学的内容，适用于高分子材料工程、化学工程、材料工程和有关专业的研究人员和学生。

本书分为五章，分别为：第一章介绍了高聚物合成原理及其基本过程；第二章详细介绍了基于实用性的合成原料，合成工艺，制备技术和分离技术；第三章讨论了高聚物的结构及性能特性和其在包装、印刷以及与复合材料中的应用；第四章主要介绍了高聚物合成反应及其工艺研究；第五章介绍了芳香酰胺高聚物的合成及工艺研究。

本书内容丰富，可以有效的帮助高聚物合成工艺学研究者了解高聚物的特性和应用。

二、目录
第一章高聚物合成原理及其基本过程
1.1 高聚物的定义
1.2 高聚物的分类
1.3 高聚物合成方式及原理
第二章实用性的合成原料、合成工艺、制备技术、分离技术
2.1 合成原料
2.2 合成工艺
2.3 制备技术
2.4 分离技术
第三章高聚物的结构及性能特性及其在包装、印刷中的应用 3.1 高聚物的结构
3.2 性能特性
3.3 包装、印刷及其他应用
第四章高聚物合成反应及其工艺研究
4.1 合成反应
4.2 工艺研究
第五章芳香酰胺高聚物的合成及工艺研究
5.1 合成原理及其基本过程
5.2 芳香酰胺高聚物的工艺研究
结束
三、内容简介
本书详细介绍了高聚物合成原理及其基本过程，实用性的合成原料、合成工艺、制备技术和分离技术，更深入的讨论了高聚物的结构、性能特性及其在包装、印刷中的应用，更重要的还介绍了高聚物合成反应及其工艺研究的内容和芳香酰胺高聚物的合成及工艺研究的内容，使得学生和研究者能够更全面的了解高聚物合成工艺学。