《聚合物加工过程中的形态演变和化学反应第1讲》由会员分享，可在线阅读，更多相关《聚合物加工过程中的形态演变和化学反应第1讲（63页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Chemical Reactions and Morphology Development of Polymers During Processing 聚合物加工过程中的化学反应及形态演变,李 姜（13060004445，高研所204） Polymer Research Institute, Sichuan University, Chengdu 610065,参考书目,反应挤出-原理与实践 马里诺. 赞索斯 编著 化学工业出版社 高分子材料的反应加工 殷敬华 郑安呐 盛京 等著 科学出版社,国内期刊 高分子学报、高分子材料科学与工程、塑料应用、塑料、现代塑料加工应用等； 国外期刊 Polym
2、er Journal of Applied Polymer Science Journal of Polymer Science-Part B: Polymer Physics Polymer Engineering and Science Macromolecules,参考文献,Polymer Processing ?,Raw materials,Products,Chemical Reactions,Morphology Control,Purpose of the Course,To introduce academic and technological trends in react
3、ive processing,Hope to provide beneficial help to your research,To initiate your research interests in reactive processing,Review,Polymer Chemistry emulsion polymerization (example?) suspension polymerization (example?) bulk polymerization (example?) living polymerization (example?),单体、催化剂及其它助剂通过反应釜
4、或其它合成反应器生成聚合物。 反应挤出聚合单体,Polymer Physics Configuration and conformation Structure of polymer chain Aggregated morphology of polymers Solution properties of polymers Polymer properties:mechanical,dielectric optic and thermal properties etc,Polymer processing Extrusion Injection Molding Calendering Blo
5、wing Vacuum forming Casting,synthesis,properties,morphology,processing,Orientation,Composition, structure, properties,Composition, structure, properties, processing,Polymer,Polymer chemistry,Polymer physics,Polymer processing,凝聚产生力量，团结诞生希望,Aggregated Morphology,Compatibility,Performance,Problems,Pol
6、ymer Industry: imported industry, imported technology and equipment, produced usual polymers, special grade polymers also imported Polymer structure vs properties: did not pay more attention to the development of structure and properties of polymers during processing Polymer processing: weak,我国PP的产量
7、，进口量和需求量如下图所示,我国PE的产量，进口量和需求量如下图所示,Polymer processing,How to produce large and complicated parts? (high viscosity) How to modify large volume and usual polymers (functionalization of PE, PP etc)? Compatibility enhancement of polymer blends?,Solution,RIM: reaction injection molding Reactive extrusion
8、, reactive blending, reactive compounding This course focuses on this subject,advantages,RIM: easy to produce high volume and complicated parts Reactive extrusion: low cost, low investment and low energy consumption, low environmental pollution.,General polymer modification process comparison,Polyme
9、r Feed Handling, prep. metering,Solvent storage,Cooling pelletization,Extruder reactor,Extruder drying,Reactant,cat,N2,Dissolver,Cat reactant,CSTR,Neutral washing,Steaming stripping,H2O,Solvent recovery,purification,Polymer slurry,product,steam,Economic differences Capacity:20MIb/yr,a,1.1 高分子材料反应加工的
10、发展现状 高分子材料的反应加工是一门集高分子材料合成、制备及工程化为一体的新兴科学与技术，已成为高分子材料科学发展的前沿领域之一。,1.1 高分子材料反应加工的发展现状,研究热点 反应加工过程中的化学反应类型、反应机理及相关反应动力学； 反应加工工程研究，包括作为反应器的挤出机设计原理，反应挤出的能量传递和物料的输送，反应挤出过程的工艺控制等； 高分子材料反应加工技术的研发及用该技术开发的新型高分子材料的实际应用等。,1.2 高分子材料反应加工的分类,反应挤出 反应注射成型,传统上，高分子材料的合成和加工是两个截然不同的工艺过程。,1.3 反应挤出的特点,1.3.1 聚合反应,单体、催化剂及其
11、它助剂通过反应釜或其它合成反应器生成聚合物。,1.3.2 传统挤出过程,原料通过外加热量和螺杆转动下实现的剪切摩擦热将其熔融并混合均匀，然后经口模挤出、模具造型、脱模冷却后得到制品。,1.3.4 反应挤出的特点,存在化学变化 将高分子材料的合成和加工成型融为一体，赋予传统的加工设备（螺杆挤出机）以合成反应器的功能。具有反应周期短、生产连续、无需进行分离提纯和溶剂回收等后处理过程、节约能源和资源、环境污染小等诸多优点。,1.3.5 反应挤出的难点,技术难度大: 要进行配方和工艺条件的研究，要针对不同的反应设计所需的新型反应挤出机。 难以观察检测: 物料在挤出机中始终处于动态、封闭的高温、高压环境
12、中，难以观察、检测物料的反应程度。 技术含量高：,1.4 反应挤出的应用与进展,1965年Dow公司发表了聚乙烯与丙烯酸反应挤出的专利； 1966年用单螺杆挤出机反应挤出得到可控降解PP； 1967年起，Exxon公司开始利用挤出机进行熔融相化学反应的研究和商业应用； 20世纪80年代，反应挤出广泛用于聚合物改性，BASF、Dow、Dupont等多家公司发表了多篇这方面的专利。,中国科学院长春应用化学研究所自行设计和研制了反应型双螺杆挤出机，研究和开发了聚烯烃反应加工的催化剂和功能单体；,1.5 国内反应挤出的应用进展（1）,华东理工大学自行研制和开发了用于苯乙烯活性聚合的螺杆式反应器，直接由
13、苯乙烯单体合成聚苯乙烯，得到了60 万以上相对分子质量的聚苯乙烯产品，在国际上处于领先地位；,1.5 国内反应挤出的应用进展（2）,上海交通大学对聚合物复杂体系内部结构流变理论进行了深入研究，建立了聚合物熔体大分子构象流变模型、不相容聚合物共混体系分散相流变模型、玻璃纤维增强塑料纤维取向动力学模型。,1.5 国内反应挤出的应用进展（3）,1.6 反应挤出的展望,单一品种的聚合物材料很难满足需要，而合成聚合物新品种又比较困难，因此,立足于聚合物现有品种的改性已成为一种发展趋势。利用反应挤出进行聚合物改性,其发展前景十分广阔。,内容,涉及学科与技术 高分子化学 高分子物理 高分子材料成型加工 橡塑
14、机械 化学工程 工程热物理 过程控制,内容,反应挤出过程的反应类型 反应挤出工程原理 聚合物反应加工流变学 反应挤出过程的在线分析 反应挤出过程中相结构的形成与演变 反应加工实例,聚合物加工不是所谓“来料加工”的简单物理成型过程，而是控制聚合物制品结构和性能的中心环节。它是涉及化学、物理学、力学、数学、机械自动化、计算机等多学科交叉、科学与工程紧密结合的学科。,PPS-17 May 21-24, 2001,Montreal,通过聚合物加工解决化学合成问题，弥补化学合成的不足，将高分子的合成、改性与聚合物加工融为一体。 更加重视聚合物加工过程中形态结构演变与发展规律的研究，通过加工过程中形态结构
15、的有效调控使高分子材料高性能化。 聚合物辐照加工技术、超声挤出技术、动态振动技术和反应性加工技术取得显著进展，引起广泛关注。,在聚合物加工可视化和在线检测技术和理论研究方面成果突出，更加引起重视。 通过聚合物共混物和复合材料的线性粘弹行为研究界面扩散、界面相行为和界面张力，发展多相高分子材料的界面理论。 环境友好高分子材料和废弃高分子材料回收利用技术。,在以下方面取得显著进展,l通过流变行为表征聚合物共混复合材料的相行为、界面形态演变、界面张力和分子扩散行为。 在不同应力（剪切、拉伸、非常规应力）作用下聚合物共混复合材料的形态结构演变规律。 聚合物共混物加工和增容新技术（辐照、超声挤出一体化、
16、多层挤出与注射等）。 聚合物共混复合材料在加工过程中结构变化的在线检测技术。 聚合物共混复合材料加工过程计算机模拟、过程优化和结构预测。,一些新的学科生长点,单活性位催化制备的聚烯烃的加工 弹性体的加工流变行为 聚合物加工无损伤在线检测技术（超声波、红外光谱、双折射、光散射和磁应变效应等）,主要研究前沿,聚合物加工计算机模拟和在线检测技术。 聚合物在加工过程中形态结构的演变和调控。 聚合物加工新技术和新方法（超声挤出一体化、微波辐照加工、气辅注射成型、多次挤出和注射成型等） 聚合物加工过程中的专家数据库和计算机模拟技术 单活性位催化聚合物的加工流变特性 可再生和生物降解天然高分子材料的回收利用,European polymer blends conference, 2002, France,加工过程中的化学反应已成为共混复合材料增容和形态控制的主要途径，在会议论文中占很大比重，研究重点在于：,大品种通用塑料（聚乙
