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1、聚合物合成工艺学 高聚物合成工高聚物合成工艺学，学，赵德仁，德仁，张慰盛慰盛编，北京，北京， 化学工化学工业出版社，出版社，1997年年6月，第月，第2版。版。本本书共分共分为三篇：三篇： 第一篇介第一篇介绍聚合方法和工聚合方法和工艺过程程 第二、三篇主要介第二、三篇主要介绍高分子材料高分子材料领域中重要品种的生域中重要品种的生产方方 法、法、结构、性能与构、性能与应用等有关的内容，可以全面地了解高分用等有关的内容，可以全面地了解高分 子材料的有关知子材料的有关知识。教材教材主要参考主要参考书目目1.赵德仁等德仁等编，高聚物合成工高聚物合成工艺学学，化学工，化学工业出版社，出版社，2. 第第1
2、版，版，19812. 潘祖仁潘祖仁编，高分子化学高分子化学，化学工，化学工业出版社，出版社，19863. 李克友等李克友等编，高分子合成原理及工高分子合成原理及工艺学学，科学出版社，科学出版社，2001 高分子合成工高分子合成工业概述概述 高分子合成材料的品种和特性高分子合成材料的品种和特性 高分子化合物生高分子化合物生产过程程 生生产流程流程评价和新工价和新工艺、新、新产品的开品的开发 合成工合成工业的三的三废处理与安全理与安全 废旧材料的回收利用旧材料的回收利用第一章第一章绪论1. 高分子合成材料高分子合成材料 塑料可以代替大量塑料可以代替大量钢材、有色金属、木材等；材、有色金属、木材等；
3、 合成合成纤维比天然比天然纤维( (棉花、羊毛、蚕棉花、羊毛、蚕丝等等) )更更为牢固耐久牢固耐久。一、一、高分子合成工高分子合成工业概述概述天然高分子材料天然高分子材料高分子合成材料高分子合成材料1000吨天然橡胶吨天然橡胶300万株橡胶树万株橡胶树5000名农业工人名农业工人三万亩地三万亩地1000吨合成橡胶吨合成橡胶10名工人名工人10亩地亩地 人类社会早期就开始了对天然高分子材料的利用，包括蚕人类社会早期就开始了对天然高分子材料的利用，包括蚕丝、羊毛、皮革、棉花、木材及天然橡胶等。丝、羊毛、皮革、棉花、木材及天然橡胶等。2.高分子合成材料高分子合成材料发展展简史史 19世世纪前期，通前
4、期，通过化学反化学反应对天然高分子材料天然高分子材料进行改性；行改性； 19世世纪40年代，美国人年代，美国人发明了天然橡胶的硫化；明了天然橡胶的硫化； 60年代末期以年代末期以纤维素素为原料原料获得了得了赛璐珞璐珞塑料；塑料； 80年代末期用蛋白年代末期用蛋白质-乳酪素乳酪素为原料原料获得了乳酪素塑料。得了乳酪素塑料。 它它们被称被称为半合成材料。半合成材料。2020世世纪是高分子材料合成工是高分子材料合成工业不断不断发展壮大的展壮大的时期期l 1925-1935年，逐年，逐渐明确了有关高分子化合物的基本概念，明确了有关高分子化合物的基本概念，诞生了生了“高分子化学高分子化学”这一新一新兴学
5、科。反学科。反过来，它又有力地来，它又有力地促促进了高分子化合物的工了高分子化合物的工业生生产；l50年代以后，年代以后，Ziegler-Natta 发现了由有机金属化合物和了由有机金属化合物和过渡渡金属化合物金属化合物组成的催化成的催化剂体系，可以容易地使体系，可以容易地使烯烃、二、二烯烃聚合聚合为性能性能优良的高聚物，同良的高聚物，同时由于石油化学工由于石油化学工业的建立与的建立与发展，高分子合成材料的展，高分子合成材料的产量激增；量激增；l 1994年，全世界三大合成材料的年，全世界三大合成材料的产量超量超过1.4104万吨，按万吨，按体体积计算超算超过钢铁。5. 高分子合成工高分子合成
6、工业(1) 基本原料：基本原料：石油、天然气、煤炭等石油、天然气、煤炭等为原材料。原材料。 (2) 生生产过程：程：包括石油开采、石油包括石油开采、石油炼制、基本有机合成、高分子合制、基本有机合成、高分子合成、高分子合成材料成型等工成、高分子合成材料成型等工业部部门，提供主要的原料，提供主要的原料- -单体、溶体、溶剂、添加、添加剂等等辅助原料。助原料。(3) 高分子合成工高分子合成工业的任的任务：将基本有机合成工将基本有机合成工业生生产的的单体，体，经过聚合反聚合反应合成合成高分子化合物，从而高分子化合物，从而为高分子合成材料成型工高分子合成材料成型工业提供基本提供基本原料。因此基本有机合成
7、工原料。因此基本有机合成工业、高分子合成工、高分子合成工业和高分子和高分子合成材料成型工合成材料成型工业是密切相是密切相联系的三个工系的三个工业部部门。材料科学的高速材料科学的高速发展与高新技展与高新技术的广泛采用使高分子材的广泛采用使高分子材料合成工料合成工业进入一个入一个崭新的新的时期。期。合成橡胶合成橡胶 合成合成纤维2121世世纪展望展望合成合成树脂脂及塑料及塑料3.我国高分子材料合成工我国高分子材料合成工业现状状我们古代祖先早已经使用各种天然高分子材料，创我们古代祖先早已经使用各种天然高分子材料，创造了灿烂的华夏文明。造了灿烂的华夏文明。19世纪末期才开始出现天然高分子加工工业。世纪
8、末期才开始出现天然高分子加工工业。新中国成立后，我国的高分子材料合成工业从无到新中国成立后，我国的高分子材料合成工业从无到有、从小到大，发展至今已形成一个完整的工业体有、从小到大，发展至今已形成一个完整的工业体系。系。目前，各目前，各类材料生材料生产配套、配套、产品品种基本品品种基本齐全，已全，已广泛用于国民广泛用于国民经济和生活的各个和生活的各个领域。相域。相继建成若建成若干大型石油化工基地如燕山、干大型石油化工基地如燕山、兰州、吉林、大州、吉林、大庆、齐鲁、金山、金山、仪征、高征、高桥、辽阳等。阳等。扩大产能及装置大型化扩大产能及装置大型化1产品结构调整产品结构调整加强理论基础研究加强理论
9、基础研究23催化剂的重大作用催化剂的重大作用合成、加工与应用的一体化合成、加工与应用的一体化46发展清洁生产，注重可持续发展发展清洁生产，注重可持续发展4.我国高分子材料合成工我国高分子材料合成工业发展展趋势5478计算机、信息技术迅速推广应用计算机、信息技术迅速推广应用增强创新能力，培养高素质人才增强创新能力，培养高素质人才合合成成高高分分子子材材料料的的主主要要过程程合合成成高高分分子子材材料料的的主主要要过程程6. 高分子合成材料成型加工工高分子合成材料成型加工工业简介介 高分子合成工高分子合成工业的的产品形品形态可能是可能是液液态低聚物、低聚物、坚韧的的固固态高聚物或高聚物或弹性体性体
10、。它。它们必必须经过成型加工才能成型加工才能够制制成有用的材料及其制品。成有用的材料及其制品。塑料的原料是合成塑料的原料是合成树脂和添加脂和添加剂（包括（包括稳定定剂、润滑刑、滑刑、着色着色剂、增塑、增塑剂、填料以及根据不同用途而加入的防静、填料以及根据不同用途而加入的防静电剂、防霉、防霉剂、紫外、紫外线吸收吸收剂等）。等）。塑料成型塑料成型重要的有：注塑成型、重要的有：注塑成型、挤塑成型、吹塑成型、塑成型、吹塑成型、模模压成型等。除模塑制品外，成型等。除模塑制品外，还有薄膜、人造革、泡沫有薄膜、人造革、泡沫塑料等。塑料等。橡胶制品的制造橡胶制品的制造过程程p合成橡胶合成橡胶制造橡胶制品制造橡
11、胶制品时加入的添加物通常称加入的添加物通常称为配合配合剂，包括硫化，包括硫化剂、硫化促、硫化促进剂、助促、助促进剂、防老、防老剂、软 化化剂、增、增强剂、填充、填充剂、着色、着色剂等。等。p增增强剂与填充与填充剂用量用量较大大（20）。）。 合成橡胶合成橡胶合成纤维的纺丝过程合成纤维的纺丝过程合成合成纤维通常由通常由线型高分子量合成型高分子量合成树脂脂经熔融熔融纺丝或溶液或溶液 纺丝制成。加有少量消光制成。加有少量消光剂、防静、防静电剂以及油以及油剂等。等。 合成合成纤维1.塑料塑料二、二、高分子合成材料的品种和特性高分子合成材料的品种和特性塑料塑料是以合成是以合成树脂脂为基本成分，它是在加工
12、基本成分，它是在加工过程中可程中可塑制成一定形状，而塑制成一定形状，而产品最后能保持形状不品最后能保持形状不变的材料。的材料。它具有它具有质轻、绝缘、耐腐、耐腐蚀、美、美观、制品形式多、制品形式多样化化等等优点点。其主要。其主要缺点缺点是是绝大多数塑料制品易燃大多数塑料制品易燃烧，在，在长期使用期使用过程中程中发生老化生老化现象。象。根据受根据受热后的情况，塑料可分后的情况，塑料可分为热塑性塑料塑性塑料和和热固性固性塑料塑料两大两大类。前者可反复受前者可反复受热软化或融化，化或融化，后者后者经固固化成型后，再受化成型后，再受热则不能熔化，不能熔化，强热则分解。分解。根据生根据生产量与使用情况可
13、以分量与使用情况可以分为通用塑料和工程材料。通用塑料和工程材料。2. 合成橡胶合成橡胶l合成橡胶合成橡胶是用比学合成方法生是用比学合成方法生产的高的高弹性体。性体。经硫化硫化加工可制成各种橡胶制品。加工可制成各种橡胶制品。l某些合成橡胶具有某些合成橡胶具有较天然橡胶天然橡胶为优良的耐良的耐热、耐磨、耐磨、耐老化、耐腐耐老化、耐腐蚀或耐油等性能。缺点是或耐油等性能。缺点是发生老化生老化现象。象。l根据根据产量和使用情况合成橡胶可分量和使用情况合成橡胶可分为通用合成橡胶通用合成橡胶与与特种合成橡胶特种合成橡胶两大两大类。线型型结构的高分子量合成构的高分子量合成树脂，脂，经过适当方法适当方法纺丝得到
14、的得到的纤维称称为合成合成纤维。与天然与天然纤维相比相比较强度高、耐摩擦、放蛀、耐腐度高、耐摩擦、放蛀、耐腐蚀等等优点点。缺点缺点是不易着色，未是不易着色，未经处理理时易易产生静生静电，多数，多数合成合成纤维的吸湿性差。因此制成的衣物易的吸湿性差。因此制成的衣物易污染，染，不吸汗，透气性差。不吸汗，透气性差。3. 合成合成纤维三三、高高分分子子化化合合物物生生产过程程聚合官能度数目与合成材料的关系聚合官能度数目与合成材料的关系高分子合成生高分子合成生产过程程高分子合成生高分子合成生产过程大体上可分程大体上可分为以下几个工序以下几个工序: :(1)原料准原料准备与精制与精制过程程; ;(2)催化
15、催化剂( (引引发剂) )配制配制过程程; ;(3)聚合反聚合反应过程；程；(6)回收回收过程程(4)分离分离过程；程；(5)聚合物后聚合物后处理理过程程u 此外三此外三废处理和公用工程如供理和公用工程如供电、供气、供水等、供气、供水等设备。1. 生生产流程流程评价价l 现代化的大代化的大规模生模生产装置基本是装置基本是连续生生产l 连续生生产的生的生产流程流程对于生于生产技技术和和设备的要求的要求较高高l 间歇生歇生产方式中某一工序方式中某一工序发生故障生故障对于整个生于整个生产装置的影装置的影响小响小四、四、生生产流程流程评价和新工价和新工艺、新、新产品的开品的开发高分子高分子化合物化合物
16、生生产流程流程评价价产品性能的考查产品性能的考查原料路线的考查原料路线的考查能量消耗与利用的考查能量消耗与利用的考查生产技术水平的考查生产技术水平的考查2134高分子化合物生高分子化合物生高分子化合物生高分子化合物生产产流程的流程的流程的流程的评评价价价价还还要从以下各方面要从以下各方面要从以下各方面要从以下各方面进进行考行考行考行考查查2. 聚合方法的聚合方法的选择高分子化合物工高分子化合物工业生生产中同一种聚合物可以中同一种聚合物可以用几种不同的聚合方法用几种不同的聚合方法进行生行生产。聚合方法的聚合方法的选择取决于聚合物性取决于聚合物性质。相同性能的相同性能的产品，品，产品品质量好，量好
17、，设备投投资少，少，生生产成本低的方法将得到成本低的方法将得到发展。其展。其它它方法方法则逐逐渐被淘汰。被淘汰。原始原始颗粒粒径只有粒粒径只有1微米左微米左右，适于生右，适于生产聚乙聚乙烯糊。糊。例如：聚氯乙烯树脂的生产工艺溶液聚合方法乳液聚合方法悬浮聚合方法本体聚合方法同同一一种种生生产方方法法由由于于引引发剂成成催催化化剂的的改改进可可以以大大大大缩短短聚聚合合反反应时间或或简化生化生产过程，从而增加程，从而增加产量，降低成本。量，降低成本。3. 生生产工工艺的改革的改革以高密度聚乙以高密度聚乙烯的生的生产为例，早期用的催化例，早期用的催化剂效效率低，每克催化率低，每克催化剂仅可得聚乙可得
18、聚乙烯数千克，生数千克，生产工工艺复复杂。高效催化高效催化剂每克催化每克催化剂可得聚乙可得聚乙烯最高者甚至达最高者甚至达到几百万克，到几百万克，简化了生化了生产工序。工序。近来又开近来又开发了乙了乙烯气相聚合的方法，气相聚合的方法，进一步革除一步革除了溶了溶剂，更加，更加简化了生化了生产工序。工序。高高高高密密密密度度度度聚聚聚聚乙乙乙乙烯烯生生生生产产过过程程程程比比比比较较开开开开发发高分子合成材料新高分子合成材料新高分子合成材料新高分子合成材料新产产品大致步品大致步品大致步品大致步骤骤第一次评价第一次评价第二次评价第二次评价通用塑料：通用塑料：25-250 kg通用橡胶：通用橡胶：100
19、-1000 kg合成纤维：合成纤维：500-2000 kg4. 新新产品的开品的开发五、五、高分子合成工高分子合成工业的三的三废处理与安全理与安全1.三三废来源和来源和处理理废水废水聚合物分离和聚合物分离和洗洗涤操作排放操作排放的的废水和清洗水和清洗设备产生的生的废水水废渣（粉尘）废渣（粉尘）聚合后聚合后树脂脂干燥干燥过程程废气废气气态和易挥发单体积有机溶剂或单体合成过程中使用的气体2. 生生产安全安全高分子合成工厂中最易高分子合成工厂中最易发生的安全事故是引生的安全事故是引发剂、催化催化剂、易燃、易燃单体、有机溶体、有机溶剂引起的燃引起的燃烧与爆炸事与爆炸事故。故。可燃气体、液体的蒸气或有机
20、固体与空气混合可燃气体、液体的蒸气或有机固体与空气混合时，当达到一定的当达到一定的浓度范度范围，遇火花就会引起激烈爆炸。，遇火花就会引起激烈爆炸。例如乙例如乙烯的的爆炸极限爆炸极限是是2.7(下限下限)和和34.0(上限上限) 。高分子合成工高分子合成工业所用的化学品、所用的化学品、单体、溶体、溶剂、聚合、聚合用助用助剂、加工助、加工助剂等，有些已知等，有些已知为剧毒品、致癌物毒品、致癌物质、具腐、具腐蚀性、可性、可长期期积累中毒等。累中毒等。制制约因素：因素：高分子制品高分子制品废弃后弃后对环境的境的污染染“在人在人类历史上，几乎没有什么科学技史上，几乎没有什么科学技术象高分子科学象高分子科
21、学这样对人人类社会做出如此巨大的社会做出如此巨大的贡献。献。”六、六、废旧高分子材料的回收利用旧高分子材料的回收利用解决途径解决途径 延长使用寿命：减少废弃延长使用寿命：减少废弃 回收利用：低性能应用；降解回收利用：低性能应用；降解自然降解：自然分解回归自然自然降解：自然分解回归自然1. 塑料的塑料的贡献与白色献与白色污染染l从上世从上世纪六十年代开始六十年代开始，塑料，塑料(主要指聚乙主要指聚乙烯、聚丙、聚丙烯、聚、聚氯乙乙烯、聚苯乙、聚苯乙烯)进入广泛入广泛实用用阶段。段。l由于塑料具有很多由于塑料具有很多优点：点：取材容易，价格低廉，加工方便，取材容易，价格低廉，加工方便，质地地轻巧，巧
22、，因因此塑料一此塑料一问世，便深受世，便深受欢迎，它迅速渗入到社会生活迎，它迅速渗入到社会生活的方方面面，塑料被制成碗、杯、袋、盆、桶、管等。的方方面面，塑料被制成碗、杯、袋、盆、桶、管等。创造了巨大的社会和造了巨大的社会和经济效益。效益。l塑料被列塑料被列为20世世纪最最伟大的大的发明之一，塑料的普及被明之一，塑料的普及被誉誉为白色革命白色革命。白色白色污染染随随着着塑塑料料产量量不不断断增增大大，成成本本越越来来越越低低，我我们用用过的的大大量量农用用薄薄膜膜、包包装装用用的的塑塑料料袋袋和和一一次次性性塑塑料料餐餐具具在在使用后被抛弃在使用后被抛弃在环境中，境中，给景景观和和环境境带来很
23、大破坏。来很大破坏。由由于于塑塑料料包包装装物物大大多多呈呈白白色色，它它们造造成成的的环境境污染染被被称称为白色白色污染染。(1)作作为材料再生循材料再生循环利用利用(2)作作为能源回收利用能源回收利用(3)作作为化学品循化学品循环利用。利用。A.A.解聚、水解等方法降解解聚、水解等方法降解为单体、低分子量化合物。体、低分子量化合物。B.B.裂解裂解为燃料油品。燃料油品。废旧塑料的油化工旧塑料的油化工艺过程程2. 废旧塑料回收旧塑料回收废旧轮胎的催化裂化工艺过程废旧轮胎的催化裂化工艺过程3. 废旧橡胶回收旧橡胶回收在使用后需要有足在使用后需要有足够的紫外光作用。的紫外光作用。地膜地膜仅其曝光
24、面能降解，而其曝光面能降解，而压土部分土部分难以降解。以降解。光降解速度受到地理、光降解速度受到地理、环境、气候等因素的制境、气候等因素的制约。光降解塑料不足光降解塑料不足生物降解塑料不足生物降解塑料不足加入天然高分子物加入天然高分子物质，影响塑料的物理机械性能。，影响塑料的物理机械性能。全生物降解高分子材料制造困全生物降解高分子材料制造困难，价格昂，价格昂贵。一定要接触土壤，在一定温湿度条件下才能加快降一定要接触土壤，在一定温湿度条件下才能加快降 解。解。将两种材料各取所将两种材料各取所长，互相弥，互相弥补。4. 光与生物双降解塑料光与生物双降解塑料光光/ /生物降解地膜生物降解地膜刀叉勺、
25、吸管等刀叉勺、吸管等各种各种购物袋物袋深圳深圳绿维公司生公司生产的光降解、光的光降解、光/ /生物双降解塑料制品生物双降解塑料制品第一章思考题第一章思考题1.简述高分子化合物的生述高分子化合物的生产过程。（教材程。（教材P7-8）2. 比比较连续生生产和和间歇生歇生产工工艺的特点。的特点。 （教材（教材P11）3.合成橡胶和合成合成橡胶和合成树脂生脂生产中主要差中主要差别是哪两个是哪两个过程，程，试比比较它它们在在这两个生两个生产工程上的主要差工程上的主要差别是什么？是什么？4. （教材（教材P13-16）4. 简述高分子合成工述高分子合成工业的三的三废来源、来源、处理方法以及如何理方法以及如何对废旧旧材料材料进行回收利用。行回收利用。 （教材（教材P20和和P22）
