高分子合成工艺

高分子基本概念

三大高分子:塑料,纤维,橡胶

赛璐珞:硝酸处理纤维素

高分子生成过程

  • 原料的准备与精制过程

  • 催化剂引发剂的制备过程

  • 分离过程

    如果本体聚合和熔融聚合得到的产物几乎位聚合物不需要分离

    如果乳液聚合得到的乳液用作涂料,粘合剂,也不需要分离

  • 聚合物后处理过程

  • 回收过程

间歇聚合

聚合物在反应器中分批聚合,当达到一定转化率后,将聚合产物卸出

特点:

  • 聚合操作过程很难实现自动化
  • 产品规格不能保持严格一致
  • 反应器在单位时间生产有限,不适合大批量生产

连续聚合

单体和催化剂引发剂不断进入反应釜,聚合完成不断流出反应釜。

特点:

  • 反应条件稳定,可以实现自动化生产
  • 产品的规格相近
  • 设备封闭,污染少
  • 适合大规模生产
  • 不能经常改变产品牌号,不便小规模生产

反应釜

管式聚合反应釜

塔式聚合反应器

釜式聚合反应器

树脂干燥

气流干燥

沸腾干燥

三废处理

废气,主要来源挥发单体

废水,主要是分离和洗涤产生

废物,未聚合的单体,或副产物

聚合物单体原料路线

石油化工路线

原油分为:石蜡基石油,环烷基石油,芳香基石油,混合石油

原油炼制:汽油,石脑油,煤油,柴油,炼厂气

生产烯烃装置:管式裂解炉

{///乙烯\begin{cases} 聚合-高压聚乙烯/低压聚乙烯\\ 与丙烯共聚-乙丙橡胶\\ 氧化-环氧乙烷/乙醛\\ 氯化-二氯乙烷\\ 乙酰氧基化-醋酸乙烯\\ 苯烷基化-乙苯\\ 二聚-丁烯\\ 齐聚水合-高级醇/乙醇\\ 氯化氢-氯乙烷\\ \end{cases}

煤炭路线

煤炭炼制:煤气,氨,煤焦油,焦炭

  • 高温干馏900-1100℃
  • 中温干馏700-900℃
  • 低温干馏500-600℃

其他原料路线

来源于自然界的动植物,天然橡胶,天然纤维

自由基聚合生产工艺

Tg:玻璃化转变温度

聚合方法 单体 引发剂 反应介质 聚合场所 助剂 操作方式 产品
本体聚合 本体内 连续 粒状树脂
乳液聚合 胶束 乳化剂 连续/间歇 分散状态
悬浮聚合 液滴 分散剂 间歇 粉状树脂
溶液聚合 有机溶剂 溶液 分子量调节剂 连续/间歇 粉状树脂

聚合方法适用的聚合物

本体聚合:合成树脂,高压聚乙烯,聚氯乙烯,聚甲基丙烯酸甲酯

乳液聚合:合成树脂,聚氯乙烯,聚醋酸乙烯,聚丙烯酸酯,合成橡胶,丁苯橡胶,丁腈橡胶,氯丁橡胶

悬浮聚合:合成树脂,聚氯乙烯

引发剂

引发剂分为油溶性引发剂和水溶性引发剂:

过氧化物(R-O-O-H/R-O-O-R)

机过氧化物:过氧化二苯甲酰(PBO)

无机过氧化物:硫酸盐,可以溶于水,多用于乳液聚合和水溶液聚合。

K2S2O8(NH4)2S2O8过硫酸钾K_2S_2O_8\\过硫酸铵(NH_4)_2S_2O_8

偶氮化合物

偶氮二异丁腈(AIBN)

氧化-还原引发体系

过氧化氢-亚铁盐氧化-还原体系

引发剂的选择

  • 根据聚合方法选择适当溶解性的水溶性或油溶性引发剂
  • 根据聚合操作方式和反应温度选择适当分解速度的引发剂
  • 根据分解速度常数选择引发剂
  • 根据分解活化能选择引发剂
  • 根据引发剂半衰期选择引发剂

阻聚和缓聚

阻聚:每一个自由基都终止,聚合反应完全终止

缓聚:使部分自由基终止,聚合减慢

常见的有苯醌,硝基化合物,芳胺,酚类,含硫化合物

本体聚合生产工艺

均相本体聚合:聚合物溶于单体

非均相本体聚合:聚合物不溶于单体

根据单体形态分为:气相,液相,固相本体聚合

优点:

  • 四种方法最简单的,无反应介质
  • 后处理过程简单
  • 生产成本比较低

缺点:

  • 放热量大,不能保持一定温度
  • 分子量宽
  • 自动加速效应,局部过热,有气泡,温度失控