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

T_g: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	√	√	水	胶束	乳化剂	连续/间歇	分散状态
悬浮聚合	√	√	水	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。

$过硫酸钾K_2S_2O_8\\过硫酸铵(NH_4)_2S_2O_8$

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