已排版聚合物合成工藝學(xué)課后習(xí)題全解模板

資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。聚合物合成工藝學(xué)課后習(xí)題全解1.何謂三大合成材料?簡要說明她們的特點。答:(1)用合成的高分子化合物或稱做合成的高聚物為擠出制造的有機材料,統(tǒng)稱為合成材料。其中以塑料、合成纖維、合成橡膠塑料、塑料合成纖維、合成橡膠稱為三大合成材料。(2)特點:塑料是以合成樹脂為基本成分,具有質(zhì)輕、絕緣、耐腐蝕、美觀、制品形式多樣化等。塑料大多是有機材料,因此其主要的缺點是絕大多數(shù)塑料制品都能夠燃燒,在長期使用過程中由于光線、空氣中氧的作用以及環(huán)境條件和熱的影響,其制品的性能逐漸變壞,甚至損壞到不能使用,即發(fā)生老化現(xiàn)象。合成橡膠是用化學(xué)的合成方法產(chǎn)生的高彈性體。經(jīng)硫化加工可制成各種橡膠制品。某些種類合成橡膠的橡膠具有較天然橡膠為優(yōu)良的耐熱、耐磨、耐老化、耐腐蝕或耐油等性能。合成纖維,線型結(jié)構(gòu)的高分子量合成樹脂,經(jīng)過適當(dāng)方法紡絲得到的纖維稱為合成纖維。合成纖維成纖維與天然纖維相比較,具有強度高、耐摩擦、不被蟲蛀、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點。缺點是不易著色,未經(jīng)過處理時易產(chǎn)生靜電荷,多數(shù)合成纖維吸濕性差。2.合成高分子化合物的聚合反應(yīng)主要包括哪兩大類?答:合成高分子化合物的聚合反應(yīng)主要包括連鎖聚合反應(yīng)和逐步聚合反應(yīng)兩大類。3.單體儲存時應(yīng)注意什么問題,并說明原因?答:單體儲存時應(yīng)達到防止單體自聚、著火和爆炸的目的。(1)防止單體自聚,為了防止單體自聚,在單體中添加少量的阻聚劑。(2)防止著火,為了防止著火事故發(fā)生,單體儲罐要遠離反應(yīng)裝置,儲罐區(qū)嚴禁明火以減少著火的危險。(3)防止爆炸,防止爆炸事故的發(fā)生,首先要防止單體泄露,因單體泄露后與空氣接觸產(chǎn)生易爆炸的混合物或過氧化物;儲存氣態(tài)單體或經(jīng)壓縮冷卻后液化的單體的儲罐應(yīng)是耐壓的儲罐;高沸點的單體儲罐應(yīng)用氮氣保護,防止空氣進入。4.聚合物反應(yīng)產(chǎn)物的特點是什么?答:①聚合物的相對分子量具有多分散性。②聚合物的形態(tài)有堅韌的固體、粉狀、粒狀和高粘度的溶液。③聚合物不能用一般產(chǎn)品精制的方法如蒸餾、重結(jié)晶和萃取等方法進行精制和提純。5.選擇聚合方法的原則是什么?答:聚合方法的選擇原則是根據(jù)產(chǎn)品的用途所要求的產(chǎn)品形態(tài)和產(chǎn)品成本選擇選擇適當(dāng)?shù)木酆戏椒ā?.生產(chǎn)單體的原料路線有幾條?試比較它們的優(yōu)缺點?答:工業(yè)上生產(chǎn)的高聚物主要是加聚高聚物和縮聚高聚物。當(dāng)前主要有兩條路線。(1)石油化工路線(石油資源有限))石油化工路線(石油資源有限)石油經(jīng)開采得油田氣和原油。原油經(jīng)煉制得到石腦油、煤油和柴油等餾分和煉廠氣。以此為原料進行高溫?zé)崃呀饪傻玫搅呀鈿夂土呀廨p油。裂解氣經(jīng)分離精制可得到乙烯、丙烯、丁烯和丁二烯等。裂解輕油和煤油經(jīng)重整得到的重整油,經(jīng)加氫催化重整使之轉(zhuǎn)化為芳烴,經(jīng)抽提(萃取分離)得到苯、甲苯、二甲苯和萘等芳烴化合物。(2)煤炭路線(資源有限,耗能大))煤炭路線(資源有限,耗能大)煤礦經(jīng)開采得到煤炭,煤炭經(jīng)煉焦得煤氣、氨、煤焦油和焦炭。煤焦油經(jīng)分離精制得到苯、甲苯、二甲苯、萘和苯酚等。焦炭與石灰石在高溫爐中高溫加熱得到電石(CaC2),電石與H2O反應(yīng)得到乙炔。炔能夠合成氯乙烯、醋酸乙烯和丙烯腈等單體或其它有機原料。(3)其它原料路線)主要是以農(nóng)副產(chǎn)品或木材工業(yè)副產(chǎn)品為基本原料,直接用作單體或經(jīng)化學(xué)加工為單體。本路線原料不足、成本較高,但它也是充分利用自然資源,變廢為寶的基礎(chǔ)上小量生產(chǎn)某些單體,其出發(fā)點是可取的。7.簡述由最基本的原料(原油、天然氣和煤)制造高分子材料的過程。答:石油化工路線(石油資源有限)石油經(jīng)開采得油田氣和原油。原油經(jīng)煉制得到石腦油、煤油和柴油等餾分和煉廠氣。以此為原料進行高溫?zé)崃呀饪傻玫搅呀鈿夂土呀廨p油。裂解氣經(jīng)分離精制可得到乙烯、丙烯、丁烯和丁二烯等。裂解輕油和煤油經(jīng)重整得到的重整油,經(jīng)加氫催化重整使之轉(zhuǎn)化為芳烴,經(jīng)抽提(萃取分離)得到苯、甲苯、二甲苯和萘等芳烴化合物。答:煤炭路線(資源有限,耗能大)煤礦經(jīng)開采得到煤炭,煤炭經(jīng)煉焦得煤氣、氨、煤焦油和焦炭。煤焦油經(jīng)分離精制得到苯、甲苯、二甲苯、萘和苯酚等。焦炭與石灰石在高溫爐中高溫加熱得到電石(CaC2),電石與H2O反應(yīng)得到乙炔。由乙炔能夠合成氯乙烯、醋酸乙烯和丙烯腈(jing)等單體或其它有機原料。8.請寫出10種用自由基聚合獲得的高聚物。答:高壓聚乙烯、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、丁苯橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠。9.在高聚物生產(chǎn)中有幾種聚合物是采用本體聚合方法合成的?答:在高聚物工業(yè)生產(chǎn)中采用本體聚合方法的有高壓聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等,少數(shù)工廠一部分聚氯乙烯用本體聚合法生產(chǎn)。10.本體聚合的主要組分是什么?本體聚合的特點是什么?答:定義:本體聚合是指單體在少量引發(fā)劑的(甚至不加引發(fā)劑而是在光、熱或輻射能)的作業(yè)下聚合成高聚物的過程。組分:是單體加有(或不加)少量引發(fā)劑的聚合,能夠包括熔融聚合和氣相聚合。特點:(1)優(yōu)點:本體聚合的主要優(yōu)點是聚合體系中無其它反應(yīng)介質(zhì),組分簡單,工藝過程較簡單,當(dāng)單體轉(zhuǎn)化率很高時能夠省去分離工序和聚合物后處理工序,可直接造粒得粒狀樹脂;同時設(shè)備利用率高;產(chǎn)品純度高。(2)缺點:其缺點是體系粘度大、聚合熱不易排出,自動加速現(xiàn)象嚴重,易產(chǎn)生爆聚,輕者影響產(chǎn)品質(zhì)量,重者是聚合失敗。11.懸浮聚合有哪幾種?與本體聚合相比較其優(yōu)缺點是什么?答:懸浮聚合是指溶有引發(fā)劑的單體,借助懸浮劑的作用和機械攪拌,是單體以小液滴的形式分散在介質(zhì)水中的聚合過程。懸浮聚合分類:懸浮聚合可根據(jù)單體對聚合物溶解與否,將其分為均相懸浮聚合和非均相懸浮聚合。(1)均相懸浮聚合)如果聚合物溶于其單體中,則聚合物是透明的小珠,該種懸浮聚合稱為均相懸浮聚合或稱珠狀聚合。(2)非均相懸浮聚合)如果聚合物不溶于其單體中,聚合物將以不透明的小顆粒沉淀下來,該種懸浮聚合稱為非均相懸浮聚合或稱沉淀聚合。優(yōu)點:①體系粘度低,傳熱和溫度容易控制,產(chǎn)品分子量及其分布比較穩(wěn)定②不容易產(chǎn)生自動加速現(xiàn)象③生產(chǎn)成本較低缺點:①產(chǎn)物帶分散劑殘留物②工業(yè)上采用間歇法生產(chǎn),難以實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)③需后處理工序。12.懸浮聚合的主要組分是什么?對各組分的要求如何?答:懸浮聚合的主要組分是單體、引發(fā)劑、懸浮劑和介質(zhì)(水)單體:要求:對單體進行精制,時期純度達到要求才能進行聚合。(雜質(zhì)的阻聚作用和緩聚作單體:要求對單體進行精制,時期純度達到要求才能進行聚合。用;加速作用和凝膠作用;雜質(zhì)的鏈轉(zhuǎn)移作用)介質(zhì)水:因此,高分子合成工業(yè)中用去離子水做聚合用水。(在懸浮聚合中使用大量的水作介質(zhì)水:因此,高分子合成工業(yè)中用去離子水做聚合用水。為介質(zhì)。氯離子、鐵離子、鎂離子、鈣離子及可見雜質(zhì)使聚合物帶有顏色并使產(chǎn)品質(zhì)量下降,水中的氯離子還能破壞懸浮聚合的穩(wěn)定性,使聚合物粒子變粗;水中的溶解氧能產(chǎn)生阻聚作用,延長誘導(dǎo)期,降低聚合速率。)懸浮劑:引發(fā)劑:13.何為均相溶液聚合?何謂非均相溶液聚合?答:溶液聚合是單體和引發(fā)劑溶于適當(dāng)?shù)娜軇┲芯酆蠟楦呔畚锏倪^程。(1)均相溶液聚合單體溶于溶劑中,聚合物也于溶劑中,形成聚合物溶液,這種溶液聚合體系稱為均相溶液聚合。(2)非均相溶液聚合單體溶于溶劑中,聚合物不于溶劑中,形成固體聚合物沉淀出來,這種溶液聚合體系稱為非均相溶液聚合。14.溶液聚合中溶劑的作用是什么?選擇溶劑的原則是什么?溶液聚合中溶劑的作用是什么?選擇溶劑的原則是什么?答:溶液聚合中使用的溶劑可作為傳熱介質(zhì)而且抑制了凝膠效應(yīng),防止自動加速現(xiàn)象,因此反應(yīng)易于控制,易于調(diào)節(jié)產(chǎn)品的分子量及其分布。在溶液聚合中,溶劑的種類和用量直接影響著聚合反應(yīng)的速率、聚合物的相對分子質(zhì)量、聚合物相對分子量分布和聚合物的構(gòu)型。因此,選擇適當(dāng)?shù)娜軇┖苤匾?。選擇原則是:①溶劑對自由基聚合不能有緩聚和阻聚等不良影響(2)為了得到一定相對分子質(zhì)量的聚合物,溶劑的的用量不能太大③如果得到聚合物溶液,則選擇聚合物的良溶劑,而要得到固體聚合物,則應(yīng)選擇聚合物的非溶劑④尚需考慮毒性和成本問題15.何謂乳液聚合其主要組分和各組分的作用是什么?乳液聚合的特點是?答:乳液聚合是指單體在乳化劑的作用下分散在介質(zhì)水中形成乳狀液(液/液分散體系),在水溶性引發(fā)劑的作用下進行聚合,形成固態(tài)高聚物且分散于水中(稱為乳膠),此時的乳狀液稱為固/液分散體系。組分:油溶性單體、水溶性引發(fā)劑、水溶性乳化劑和介質(zhì)水。作用:①乳化劑的乳化作用:某些物質(zhì)能降低水的界面張力,對單體有增溶作用,對單體液滴有保護作用,能使單體和水組成的分散體系成為穩(wěn)定的難以分層的乳液,這種作用稱為乳化作用。②介質(zhì)水:作為分散介質(zhì),有較高的比熱,散熱較易。特點:①以水為介質(zhì),價廉安全,且對傳熱十分有利②分散體系穩(wěn)定性優(yōu)良,能夠進行連續(xù)操作,聚合物乳膠能夠作為膠黏劑、涂料或表面處理劑等直接利用。③用固體聚合物是,需要加電解質(zhì)破乳、水洗和干燥等工序,工序過程較復(fù)雜④乳液聚合體系中基本上消除了自動加速現(xiàn)象,乳液聚合的聚合塑料能夠很高,聚合物的相對分子質(zhì)量也很高。⑤乳液聚合不但能夠用于合成樹脂用聚合物的生產(chǎn),而且能夠用橡膠用聚合作用聚合物的生產(chǎn)。16.何謂乳化劑?乳化劑作用是什么?乳化劑有哪幾種?使用有何不同?有哪些指標來表征乳化劑的性能?答:具有乳化作用的物質(zhì)稱為乳化劑。某些物質(zhì)能降低水的界面張力,對單體有增溶作用,對單體液滴有保護作用,能使單體和水組成的分散體系成為穩(wěn)定的難以分層的乳液,這種作用稱為乳化作用。作用:①降低表面張力,使單體分散成細小液滴②在液滴表面形成保護層,防止凝聚,是乳液穩(wěn)定③形成膠束,是單體增溶。乳化劑的種類:陽離子型、陰離子型、兩性和非離子型四種。使用:陽離子表面活性劑是乳液聚合工業(yè)中應(yīng)用最廣的,一般是在Ph>7的條件下使用。陰離子表面活性劑,一般是在Ph<7的條件下使用,最好低于5.5性能:有三個指標來表征:①臨界膠束濃度(CMC)②親水—親油平衡值(HLB)③三相平衡點17.寫出乙烯、丙烯和二烯烴的配為聚合的引發(fā)劑。答:①乙烯配為聚合的引發(fā)劑低壓法常見的引發(fā)劑是TiCl4+Al(C2H5)2Cl中壓法常見的引發(fā)劑是載于載體上的金屬氧化物。常見的有兩種:三氧化鉻載于二氧化硅—三氧化鋁載體上。三氧化鉬載于活性氧化鋁上,常稱為美孚法②丙烯配為聚合的引發(fā)劑用于生產(chǎn)有規(guī)聚丙烯的Ziegler—Natta引發(fā)劑最基本的組成是a—TiCl4+Al(C2H5)2Cl③二烯烴配位聚合常見的引發(fā)劑是Ni—三元引發(fā)劑18.討論在離子聚合中聚合方法和操作方法與自由基聚合有何不同,并說明原因。答:離子聚合所用的引發(fā)劑對水極為敏感,因此,離子聚合的實施方法中不能用水作為介質(zhì),即不能采用懸浮聚合和乳液聚合,離子聚合只能采用本體聚合和溶液聚合,而且單體和其它原料中含水量應(yīng)嚴格控制。操作方法有間歇方法和連續(xù)方法離子聚合:增長活性中心為離子的連鎖聚合。在自由基聚合過程中引發(fā)劑種類對鏈增長反應(yīng)無影響,單離子聚合過程常存在其種類的不同會明顯影響增長鏈末端的性質(zhì)。19.何謂線型聚合?線型聚合的實施方法有哪幾種?答:是含有兩個官能團的低分子化合物,在官能團之間發(fā)生反應(yīng),在縮去小分子的同時生成線型高聚物的逐步可逆平衡反應(yīng)。在高分子合成工業(yè)中,線型縮聚的實施方法主要是熔融縮聚、溶液縮聚、和界面縮聚,近年來固相縮聚亦有發(fā)展。20.何謂界面縮聚?影響界面縮聚的主要因素是什么?答:界面縮聚是將兩種單體分別溶于兩種互不相容的溶劑中,制成兩種單體的溶劑,在兩鐘單體溶液的就誒面處發(fā)生反應(yīng)而形成高聚物的過程。影響因素:(1)單體配料比(2)單官能團化合物會降低產(chǎn)物相對分子質(zhì)量。(3)產(chǎn)物相對分子質(zhì)量與產(chǎn)率的關(guān)系(4)溫度:不是主要因素。(5)溶劑性質(zhì)(6)水相的pH值(7)乳化劑可加快反應(yīng)速率,提高產(chǎn)率,反應(yīng)的重復(fù)性好。21.何謂體型縮聚?在體型縮聚中為什么要分兩步進行?答:在縮聚體系中,參加反應(yīng)的單體中只要有一種單體具有兩個以上官能團(平均官能度f>2),縮聚反應(yīng)向著三個方向發(fā)展,生成體型縮聚物。生成體型縮聚物的縮聚反應(yīng)稱為體型縮聚。在體型縮聚中必須嚴格控制反應(yīng)程度,防止在縮聚釜中轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型縮聚物,以致造成生產(chǎn)事故;在成型加工階段也要注意調(diào)節(jié)體型縮聚物的生成速度,以防止過早或過遲生成體型縮聚物。22.何謂聚氨酯?聚氨酯有幾大類?合成聚氨酯的原料是什么?答:凡是在大分子主鏈中含有NHCOO氨基甲酸脂基的聚合物稱為聚氨酯甲酸脂,簡稱聚氨酯。聚氨酯有兩類:聚酯型聚氨酯和聚醚型聚氨酯。合成聚氨酯的原料是二異氰酸和端羥基化合物。23.試寫出合成聚氨酯有關(guān)的聚合反應(yīng)方程式。王久芬版P148)試寫出合成聚氨酯有關(guān)的聚合反應(yīng)方程式。24.試說明合成聚氨酯泡沫塑料的組分及各組分的作用。答:異氰酸脂:主要原料聚醚或聚酯多元醇:主要原料催化劑:控制發(fā)泡反應(yīng)。發(fā)泡劑:用于產(chǎn)生氣體,形成泡沫。泡沫穩(wěn)定劑:降低原料各組分的表面張力,增加互溶性劑穩(wěn)定發(fā)泡過程,有利于得到均勻的泡沫微孔結(jié)構(gòu)。提高孔壁強度,防止泡沫坍塌。開孔劑:增加開孔結(jié)構(gòu)其它組分:為了提高質(zhì)量或獲得某些特性,可加入一些輔助原料。如含鹵素。磷的化合物,以達到阻燃的目的,還能夠加入防老劑、光穩(wěn)定劑、水解穩(wěn)定劑、防震劑、增強劑和著色劑等。25.乙烯進行自由基聚合時,為什么要在高溫高壓的苛刻條件下進行?答:乙烯沒有取代基,結(jié)構(gòu)對稱,偶極矩為0,不易誘導(dǎo)極化,聚合反應(yīng)的活化能很高,不易發(fā)生聚合反應(yīng);乙烯在常溫下為氣體,且不易北壓縮液化,;純乙烯在350℃下是穩(wěn)定的,溫度高于300℃,乙烯將發(fā)生爆炸性分解,分解為C、H2和CH4等;為防止PE發(fā)生凝固,溫度不能低于130℃。鑒于以上原因,提高反應(yīng)溫度能夠增加單體分子的活性,以達到所需要的活化能,有利于反應(yīng)的進行。乙烯在高壓下被壓縮,使其密度近似液態(tài)烴的密度,有利于反應(yīng)的進行。26.乙烯的聚合熱較高,采用氣相自由基本體聚合時,為了生產(chǎn)正常進行,工藝上采取哪些措施?答:①乙烯要進行精制②采用壓力壓縮,不同反應(yīng)階段壓力不同③大部分乙烯能夠循環(huán)使用④為了安全生產(chǎn),保證產(chǎn)品質(zhì)量,聚合轉(zhuǎn)化率不能超過30%。⑤聚合釜中采用高速攪拌,保證釜內(nèi)物料與引發(fā)劑充分混合,不產(chǎn)生局部過熱現(xiàn)象。27.當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)PP的方法主要有哪些?答:當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)PP的方法主要有:①液相本體法②氣相本體聚合法③液相氣相組合式連續(xù)本體聚合法④淤槳聚合法28.聚氯乙烯糊樹脂有哪幾種生產(chǎn)方法?這幾種生產(chǎn)方法有何不同?答:氯乙烯乳液聚合法的最終產(chǎn)品為制造聚乙烯增塑糊縮用的聚氯乙烯糊樹脂(E-PVC)。主要生產(chǎn)方法有:微懸浮聚合法,種子微懸浮聚合法和混合微懸浮聚合法。(1)微懸浮聚合法。使用有溶性引發(fā)劑,并加入適量的表面活性劑,其初級粒子粒徑呈高斯分布狀態(tài)。(2)種子微懸浮聚合法。所得PVC膠乳中初級粒子粒徑遠遠大于無種子乳液聚合法,其大小和分布主要取決于所用種子的粒徑