聚合物合成工藝-第1章

1、聚合物合成工藝學(xué)聚合物合成工藝學(xué)第一章第一章 緒論緒論工藝工藝(process)(process) 將原材料或半成品加工成產(chǎn)品的方法、技術(shù)等。如：將原材料或半成品加工成產(chǎn)品的方法、技術(shù)等。如：創(chuàng)造新工藝，制造新產(chǎn)品。也就是一個創(chuàng)造新工藝，制造新產(chǎn)品。也就是一個過程過程中用到的中用到的方法和技術(shù)，通常是方法和技術(shù)，通常是從概念到實物從概念到實物或或從材料到產(chǎn)品的從材料到產(chǎn)品的過程過程里所用到的里所用到的方法和技術(shù)方法和技術(shù)都可以稱為工藝。都可以稱為工藝。 對應(yīng)的英文解釋對應(yīng)的英文解釋 ProcessProcess Technology Technology Method Method Craft

2、 Craft 1.1高分子材料分類高分子材料天然高分子材料合成高分子材料蠶絲、羊毛皮革、棉花木材、天然橡膠合成塑料合成橡膠合成纖維涂料與黏合劑離子交換樹脂合成高分子材料工業(yè)的重要性年產(chǎn)1000t橡膠園年產(chǎn)1000t合成橡膠工廠300萬株橡膠樹占地3萬畝工人50006000人占地10畝工人幾十人高分子歷史回顧高分子歷史回顧高分子的概念始于高分子的概念始于2020世紀世紀2020年代，年代，但應(yīng)用更早。但應(yīng)用更早。18391839年，美國人年，美國人GoodyearGoodyear發(fā)明硫發(fā)明硫化橡膠?；鹉z。18551855年，英國人年，英國人ParksParks用硝化纖用硝化纖維素與樟腦混合制得

3、賽璐珞。維素與樟腦混合制得賽璐珞。18841884年，查唐納脫把硝化纖維素年，查唐納脫把硝化纖維素放在酒精和乙醚中制成溶液，得放在酒精和乙醚中制成溶液，得到人造絲。到人造絲。19091909年貝克蘭發(fā)明酚醛樹脂年貝克蘭發(fā)明酚醛樹脂第一個真正意義上人工合成的樹第一個真正意義上人工合成的樹脂是酚醛樹脂，由此，開創(chuàng)了合脂是酚醛樹脂，由此，開創(chuàng)了合成高分子的新時代。成高分子的新時代。高分子歷史回顧高分子歷史回顧 19201920年，德國人年，德國人StaudingerStaudinger發(fā)表了發(fā)表了“論聚合論聚合”的論文，提的論文，提出了高分子的概念，并預(yù)測了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲出了高分子的概念，

4、并預(yù)測了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物的結(jié)構(gòu)酯等聚合物的結(jié)構(gòu)（19531953年獲得諾貝爾獎）年獲得諾貝爾獎） 3030年代，一系列烯烴類加聚物被合成出來并工業(yè)化，自由年代，一系列烯烴類加聚物被合成出來并工業(yè)化，自由基聚合發(fā)展?；酆习l(fā)展。uPVCPVC（1927192719371937），），PVAcPVAc（19361936），），PMMAPMMA（1927192719311931），），PSPS（1934193419371937），），LDPELDPE（19391939）。）。 19351935年，年，CarothesCarothes發(fā)明尼龍發(fā)明尼龍6666，19381938年工業(yè)化

5、年工業(yè)化高分子歷史回顧高分子歷史回顧 高分子溶液理論在高分子溶液理論在3030年代建立，并成功測定了聚合物的分年代建立，并成功測定了聚合物的分子量。子量。19741974年，年，F(xiàn)loryFlory因此因此獲得諾貝爾獎獲得諾貝爾獎。 4040年代，二次大戰(zhàn)促進了高分子材料的發(fā)展，一大批重要年代，二次大戰(zhàn)促進了高分子材料的發(fā)展，一大批重要的橡膠和塑料被合成出來。丁苯橡膠（的橡膠和塑料被合成出來。丁苯橡膠（19371937），丁腈橡膠），丁腈橡膠（19371937），丁基橡膠（），丁基橡膠（19401940），有機氟材料（），有機氟材料（19431943），），ABSABS（19471947），滌

6、綸樹脂（），滌綸樹脂（1940194019501950）。）。 5050年代，年代，ZieglerZiegler和和NattaNatta發(fā)明配位聚合催化劑，制得高密發(fā)明配位聚合催化劑，制得高密度度PEPE和有規(guī)和有規(guī)PPPP，低級烯烴得到利用，低級烯烴得到利用（19631963年獲得諾貝爾年獲得諾貝爾獎）。獎）。高分子歷史回顧高分子歷史回顧 19561956年，美國人年，美國人SzwarcSzwarc發(fā)明活性陰離子聚合，開創(chuàng)了高分子結(jié)構(gòu)發(fā)明活性陰離子聚合，開創(chuàng)了高分子結(jié)構(gòu)設(shè)計的先河設(shè)計的先河 5050年后期至年后期至6060年代，大量高分子工程材料問世。聚甲醛（年代，大量高分子工程材料問世。聚

7、甲醛（19561956），），聚碳酸酯（聚碳酸酯（19571957），聚砜（），聚砜（19651965），聚苯醚（），聚苯醚（19641964），聚酰亞胺），聚酰亞胺（19621962）。）。 6060年代以后，特種高分子和功能高分子得到發(fā)展年代以后，特種高分子和功能高分子得到發(fā)展 特種高分子：特種高分子：高強度、耐高溫、耐輻射、高頻絕緣、半導(dǎo)體高強度、耐高溫、耐輻射、高頻絕緣、半導(dǎo)體等等 功能高分子：功能高分子：離子交換樹脂、高吸水樹脂、高分子染料離子交換樹脂、高吸水樹脂、高分子染料等等 20002000年，加州大學(xué)圣巴巴拉分校的年，加州大學(xué)圣巴巴拉分校的HeegerHeeger，日本筑波大

8、學(xué)的白川，日本筑波大學(xué)的白川，賓州大學(xué)的賓州大學(xué)的MacDiarmidMacDiarmid因?qū)щ姼叻肿拥难芯恳驅(qū)щ姼叻肿拥难芯揩@諾貝爾獎獲諾貝爾獎。高分子合成工業(yè)的任務(wù)l將基本有機合成工業(yè)生產(chǎn)的單體經(jīng)聚合反應(yīng)合成高分子化合物，從而為高分子成型加工工業(yè)提供基礎(chǔ)原料?；居袡C合成 高分子合成 高分子加工（上游產(chǎn)業(yè)） （中游產(chǎn)業(yè)） （下游產(chǎn)業(yè)） 三個產(chǎn)業(yè)部門密切相關(guān)高分子合成工業(yè)簡述高分子合成工業(yè)簡述我國高分子材料工業(yè)現(xiàn)狀簡介我國高分子材料工業(yè)現(xiàn)狀簡介我國近年高分子材料與主要原料產(chǎn)量/萬噸我國高分子材料生產(chǎn)能力與產(chǎn)能預(yù)測丁苯、順丁、丁基、丁腈、異戊、乙丙、氯丁我國高分子材料產(chǎn)量及化纖原料供需情況近年

9、我國合成樹脂進出口情況2005年我國五大合成樹脂進口來源分布五大合成樹脂五大合成樹脂 聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS 我國大陸高分子材料工業(yè)面臨的競爭高分子合成的工藝過程高分子合成的工藝過程高分子化合物的合成途徑高分子化合物的合成途徑聚合物合成烯烴單體活性單體自由基聚合離子與配位聚合（鏈?zhǔn)骄酆希┲鸩骄酆暇酆衔锘瘜W(xué)改性大品種自動化程度高設(shè)備先進高分子合成的典型工藝過程 鏈?zhǔn)骄酆戏磻?yīng)工藝過程原料準(zhǔn)備與精制過程單體制造過程催化劑（引發(fā)劑）的配制過程聚合過程分離過程后處理過程回收過程六個過程1.2.1原料準(zhǔn)備與精制過程包括：單體、溶劑（去離子水）等原料的貯存、精制、濃度調(diào)整等內(nèi)容。聚合反應(yīng)

10、過程對單體、溶劑等的純度要求高雜質(zhì)、阻聚劑等會造成阻聚、鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)介質(zhì)中的雜質(zhì)：對產(chǎn)品的色澤、外觀、性能、反應(yīng)過程均有影響，尤其是離子與配位聚合更為嚴格。1.2.2催化劑（引發(fā)劑）的配制過程 大型連續(xù)化生產(chǎn)裝置（如LDPE的生產(chǎn)、離子與配位聚合中），引發(fā)劑、催化劑需配成溶液。易燃易爆易燃易爆添加添加計量計量 需設(shè)置專門的引發(fā)劑（催化劑）配制與貯存崗位1.2.3聚合過程與反應(yīng)系統(tǒng) 單體 聚合物反應(yīng)器釜式反應(yīng)器管式反應(yīng)器沸騰床反應(yīng)器擠出機反應(yīng)器塔式反應(yīng)器輔助設(shè)備控制系統(tǒng)聚合過程的操作方式A.A.間歇聚合操作間歇聚合操作 中小型生產(chǎn)裝置中小型生產(chǎn)裝置聚合物在反應(yīng)器中分批生產(chǎn)，當(dāng)達到規(guī)定的轉(zhuǎn)化率時，將

11、聚合物從反應(yīng)器中卸出的方法。u懸浮聚合、界面縮聚等B.B.連續(xù)聚合操作連續(xù)聚合操作 大型生產(chǎn)裝置大型生產(chǎn)裝置單體和助劑等連續(xù)加入反應(yīng)器，反應(yīng)得到的聚合物連續(xù)不斷的流出反應(yīng)器的操作方式。u如本體聚合、溶液聚合、乳液聚合、熔融縮聚等1.2.4 分離過程“聚合物提純” 實現(xiàn)聚合物與下列組分分離的過程未反應(yīng)單體（單體轉(zhuǎn)化率低于100%）反應(yīng)介質(zhì)（水、溶劑）低聚物 涉及的操作主要有閃蒸汽提（蒸汽蒸餾）凝聚離心、過濾1.2.5后處理過程干燥輸送均化造粒（壓塊）包裝最終產(chǎn)品干燥噴霧干燥氣流干燥沸騰干燥擠出干燥溶液或乳液狀液體物料不易黏結(jié)的粉狀、顆粒狀物料溶液或橡膠凝聚團塊1.2.6回收過程已分離單體和溶劑的

12、回收與精制回收與精制的操作過程主要實現(xiàn)單體、溶劑與聚合物的分離，以及溶劑與單體的分離。涉及的主要操作包括蒸餾蒸餾精餾精餾1.3聚合物合成工藝評價技術(shù)成熟度產(chǎn)品性能操作安全性三廢排放與治理技術(shù)經(jīng)濟性能耗與綜合利用產(chǎn)品適應(yīng)性與牌號多寡能否可靠穩(wěn)定進行規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)節(jié)能評價投資、成本、效益環(huán)境影響評價安全性評價高分子合成工藝的研究內(nèi)容工藝配方優(yōu)化-原料與配比合成條件關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備工藝控制原理與技術(shù)產(chǎn)品性能的優(yōu)化途徑高分子合成工藝的發(fā)展趨勢節(jié)能、環(huán)保新工藝通用合成材料的高性能化生產(chǎn)技術(shù)精細、專用合成材料過程控制新技術(shù)高效生產(chǎn)設(shè)備化石原料替代技術(shù)常見化工設(shè)備簡介反應(yīng)釜釜式反應(yīng)器釜蓋釜體夾套電機與減速器支架攪拌器溫度計套管聯(lián)軸器軸封裝置各種連接管口管式反應(yīng)器沸騰床反應(yīng)器一般為圓形的設(shè)計沸騰床干燥器沉降室沸騰