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1、Chapter 1 Introduction,1-1 Action of the Course Concept of Technology,TPCat,polymer,monomer,原材料准备,涉及到合成条件（TPCat），合成设备,5、高分子化合物的生产过程,（1）高分子材料的生产概况： 由最基本的原料，石油、天燃气、煤碳等制造高分子合成材料制品的主要过程如表所示：,原材料,单体,高聚物合成,加工成型,基本有机合成,石油开采石油炼制 煤矿开采炼焦（煤焦油及焦碳）,（2）高分子合成的一般过程,原料准备,聚合反应,分离,后处理,产物,本体后处理,催化剂配制,回收,(1） a.不精制，产生阻聚和
2、链转移作用，降低转化率及分子量。 b.早封端降低产品平均分子量。 c.离子型聚合破坏催化剂。 因此要求单体和溶剂具有很高的纯度，一般要求单体纯度达到99%以上。 对苯二甲酰胺Kevlar纤维,一、原材料的准备与精制,（2）强化入厂检验（要是容量分析法）气相色增，红外、薄层色谱, 质谱。 （3）除阻聚剂, 除水,添加阻聚剂； 贮存气体状态单体（如乙烯）经压缩冷却液化为液体的单体（如丙烯、氯乙烯、丁二烯等）的贮灌应是耐压容器。 为防止贮灌内进入空气，高沸点的单体的贮灌应当用氯气保护。 低温贮存,（4）贮存措施,二、催化剂（或引发剂）的准备及配制,聚合反应中，使用的催化剂（引发剂）的浓度很低，因此它
3、们的纯度更显得特别重要。显然，如果纯度不纯则计量不准。引发剂（催化剂）的净化提纯：减压蒸馏，重结晶。此外催化剂的安全贮存也特别重要。 过氧化物需要在非纯粹的状态下保存；烷基金属化合物和过渡金属卤化物要求隔绝氧气和隔绝水保存。,三、聚合过程,聚合物在聚合反应器中分批生产，也即在反应器中加入单体及引发剂（或催化剂），反应介质等原材料以后，控制反应条件，使之进行聚合反应，当达到要求的转化率时，将聚合物等自聚合反应器中卸出。,反应器中进行了如下的循环操作：,3-1 间歇操作与连续操作：,间 歇 聚合,（1）不易实现操作过程的全部自动 （2）产品规格难以控制； （3）设备利用率降低； （4）不适合大规模
4、生产； （5）便于改变工艺条件，适宜小批量生产，容易改换品种和牌号。,优缺点：,是单体和引发剂或催化剂等连续加入聚合反应器。反应得到的聚合物则连续不断地排出聚合反应器。 优点： （1）容易实现操作过程的全部自动化、机械化； （2）产品质量规格稳定； （3）适合大规格生产、污染小； （4）劳动生产率成本低； 缺点：不适合生产小批量牌号的产品。,连续聚合,3-2 聚合反应器,聚合反应是高分子材料生产过程中最主要的化学反应过程。约占反应周期的70%。 聚合反应在反应器这个特殊的场合进行，是设备的核心部分。 反应器有管式聚合反应器、塔式聚合反应器、釜式聚合反应器、螺旋挤出式反应器、板框式反应器。,（1
5、）产品形成之后，不易进行精制提纯。要求生产设备在材质方面不会污染聚合物。因此聚合反应设备和管道在多数情况下应当采用不锈钢，搪瓷、或不锈钢与碳钢的复合材料等制成。 （2）反应条件的波动变化，将影响平均分子量，分子量分布及结构等。因此，为控制产品的规格，反应条件应（温度，压力）稳定不变或控制在允许变化的最小范围，最好采用高度自动化控制。并便于调节，便于取样观察，（看反应是否正常，测定转化率、粘度、MI等）。,3-3 反应热的去除,不饱和单体经聚合反应转变为聚合物的化学反应是放热反应。因此聚合反应器的首要问题是如何有效地去除聚合反应热，以保证规定的反应温度。釜式聚合反应器去热方式是多种多样的。,重要
6、的有： （1）夹套冷却； （2）夹套附加内冷管冷却； （3）釜体内加内冷管冷却； （4）反应物料釜外循环冷却； （5）回流至冷凝器冷却； （6）反应物料部分闪蒸； （7）反应介质予冷。,3-4 搅拌,聚合反应器中的反应物在反应初期，大多都是易于流动的液体状态，随着聚合反应的进行，单体逐渐转变为聚合物，逐渐变稠。 聚合反应釜内的物料是均相体系时，随着单体转化率的提高。物料的粘度明显增大，此时搅拌器的作用主要是使物料强烈流动，以使各部分物料的温度均匀，同时加大对器壁的给热系数，使聚合热及时传导给冷却介质，以免产生局部过热现象。,对于非均相体系，搅拌器作用不仅具有上述加速热交换，使物料温度均匀的作用
7、。而且具有使物料保持分散状态，以避免发生结块现象的作用。 在缩聚过程中还可以不断更新界面，使小分子化合物及时蒸出以加速反应的进行。 因此，对于均相反应体系，搅拌器的作用主要是加速传热过程。对于非均相体系，则有加速传热和传质过程的双重作用。,常见的搅拌器有：平浆式、旋浆式、涡轮式、锚式以及螺带式等。,四 分离,经聚合反应得到的物料，多数情况下不是单纯的聚合物，而含有未反应单体，催化剂残渣，反应介质（水或有机溶剂）等。因此必须将聚合物与未反应单体、反应介质等进行分离。显然，分离的目的有二：一是使所得的聚合物尽可能纯净，二是使残余单体，活剂介质等经过回收循环使用降低成本，减少环境污染。,脱除溶剂的方
8、法有 离心过滤法、 沉降法、 凝聚法、 喷雾干燥法等。,分离过程通常包括：,脱除单体的方法有： 闪蒸法 减压蒸馏法 水蒸汽蒸馏法等。,选择什么样的分离方法与物料的形态有关。,本体聚合得到的物料通常含有少量未反应单体或低聚物。在熔融状态脱除单体时，聚合物熔体的粘度增加甚为迅速，要求更高的温度才能脱除完全，此时可能会引起聚合物分解。为了降低温度应采用高真空度脱除单体的方法，并使聚合物熔体呈薄层或线状流动。,自由基悬浮聚合得到的固体珠状树脂在水中的分散体系。可能含有少量反应单体和分散剂。首先应脱除未反应单体，其方法是对压力下液化的单体进行闪蒸。对于沸点较高的单体则进行水蒸汽蒸馏，使单体与水沸的脱除之
9、。然后用离心机过滤使水与固体粉状聚合物进行分离。,经自由基溶液聚合或离子聚合或配位聚合得到的高粘度溶液，其分离方法根据产物是合成树脂还是合成橡胶而不同。 合成树脂，通常是将树脂溶液逐渐加入非溶剂中，在沉淀釜中搅拌使合成树脂呈粉状固体析出。 合成橡胶的高粘度溶液，不能用非溶剂分离合成橡胶。因为沉淀出固体合成橡胶会粘结为含有有机溶剂的大块，而不能进行出料和后处理。其分离方法是将高粘度橡胶溶液喷入沸水中，同时进行强烈的搅拌，未反应单体和溶剂与一部分水蒸汽被蒸出，合成橡胶则以直径1020mm左右的胶粒析出。经过滤法所得到胶粒。,五、聚合物的后处理,经分离过程得到的聚合物中通常含有少量的水分，或有机溶剂
10、，必须经干燥脱除水分有机溶剂而得到干燥的橡胶及树脂。工业上采用的干燥方法有气流干燥、沸腾床干燥，箱式干燥或挤压膨胀等方式。,六、回收过程,主要是回收溶剂进行精制，然后循环使用。 （1）合成树脂中回收的溶剂，通常是经离心机过滤与聚合物分馏得到的。其中可能有少量单体，破坏催化剂用的甲醇或乙醇等，还可能溶解有聚合物（如无规聚丙烯）、用水与溶剂静置分层，将可溶于水的组分如醇类萃取到水相。而单体则包溶到溶剂中，然后用精馏的方法回收溶剂。其中高沸物作为废料弃去，醇类从水中蒸出回收。,（2）合成橡胶中回收的溶剂，通常是在橡胶凝聚釜中同水蒸汽一同蒸出来的，因此不含有不挥发物，而含有可挥发的单体和终止剂如甲醇等。经冷凝后，水与溶剂通常形成2层液相，可溶于水的组分则溶于水中，溶剂层中则可能含有未反应单体，防腐剂，充油剂等。然后再用精馏的方法使单体与溶剂分离。防老剂等高沸点溶剂则作废料处理。,
