聚合物反应性加工概述
聚合物介绍
聚合物介绍聚合物，是由许多重复单元组成的高分子化合物。
它们具有许多独特的性质和广泛的应用领域。
本文将介绍聚合物的结构、性质和应用，并探讨其在日常生活中的重要性。
聚合物的结构可以分为线性聚合物、支化聚合物和交联聚合物。
线性聚合物是由直链或分支链组成的，例如聚乙烯和聚丙烯。
支化聚合物是在线性聚合物的分子链上引入支链，如聚苯乙烯。
交联聚合物则是由三维网络结构组成的，如硅胶。
这些不同的结构赋予了聚合物不同的性质和用途。
聚合物的性质可以分为物理性质和化学性质。
物理性质包括聚合物的强度、硬度、延展性和熔点等。
聚合物的物理性质取决于其分子量和分子结构。
化学性质包括聚合物的化学稳定性、溶解性和反应性等。
聚合物的化学性质决定了其在不同环境条件下的稳定性和可加工性。
聚合物在许多领域都有广泛的应用。
在材料科学领域，聚合物被用作塑料、橡胶、纤维和涂料等材料的基础。
塑料是聚合物的一种应用，具有轻质、强度高和可塑性强的特点，广泛应用于包装、建筑和电子等领域。
橡胶是一种高弹性聚合物，用于制造轮胎、密封件和橡胶制品等。
纤维是由聚合物纺织而成的，用于制造服装、家居用品和工业材料等。
涂料是由聚合物制成的，用于保护和装饰各种表面。
在生物医学领域，聚合物也有许多应用。
例如，生物可降解聚合物被广泛应用于医疗缝合线、骨修复和药物释放系统等。
这些聚合物可以逐渐降解并被人体吸收，减少了二次手术的风险。
此外，聚合物还被用于制造人工器官、组织工程和药物输送系统等领域。
聚合物在环境保护和可持续发展方面也发挥着重要作用。
生物降解聚合物可以减少塑料污染和固体废物的产生，促进资源的循环利用。
此外，聚合物材料的轻量化和能源高效利用也有助于减少能源消耗和碳排放。
在日常生活中，我们无处不见聚合物的身影。
从塑料袋到电线电缆，从衣服到家具，聚合物产品已经渗透到我们的生活中的方方面面。
聚合物的广泛应用不仅给我们的生活带来了便利，也为我们创造了更加丰富多样的选择。
聚合物作为一种重要的高分子化合物，具有多样的结构、性质和应用。
聚合物加工原理
聚合物流体在加工过程中的受力比较复杂,因此相对应的应变也比较复杂,其实际的应变往往是二种或多种简单应变的叠加,然而以剪切应力造成的剪切应变起主要作用。
拉伸应力造成的拉伸应变也有相当重要的作用,而静压力对流体流动性质的作用主要体现在对粘度的影响上。
聚合物流体（熔融状聚合物和聚合物溶液或悬浮液）的流变性质主要表现为粘度的变化,根据粘度与应力或应变速率的关系,可将流体分为以下两类:牛顿流体和非牛顿流体。
拉伸流动:质点速度沿着流动方向发生变化;剪切流动:质点速度仅沿着与流动方向垂直的方向发生变化。
由边界的运动而产生的流动,如运转滚筒表面对流体的剪切摩擦而产生流动,即为拖曳流动。
而边界固定,由外压力作用于流体而产生的流动,称为压力流动。
聚合物熔体注射成型时,在流道内的流动属于压力梯度引起的压力流动。
聚合物在挤出机螺槽中的流动为另一种剪切流动,即拖曳流动。
对于小分子流体该粘度为常数,称为牛顿粘度。
而对于聚合物流体,由于大分子的长链结构和缠结,剪切力和剪切速率不成比例,流体的剪切粘度不是常数,依赖于剪切作用。
具有这种行为的流体称为非牛顿流体,非牛顿流体的粘度定义为非牛顿粘度或表观粘度。
切力变稀原因（假塑性流体）假塑性流体的粘度随剪切应力或剪切速率的增加而下降的原因与流体分子的结构有关。
对聚合物熔体来说,造成粘度下降的原因在于其中大分子彼此之间的缠结。
当缠结的大分子承受应力时,其缠结点就会被解开,同时还沿着流动的方向规则排列,因此就降低了粘度。
缠结点被解开和大分子规则排列的程度是随应力的增加而加大的。
对聚合物溶液来说,当它承受应力时,原来由溶剂化作用而被封闭在粒子或大分子盘绕空穴内的小分子就会被挤出,这样,粒子或盘绕大分子的有效直径即随应力的增加而相应地缩小,从而使流体粘度下降。
因为粘度大小与粒子或大分子的平均大小成正比,但不一定是线性关系。
切力变稠原因（膨胀性流体）:当悬浮液处于静态时,体系中由固体粒子构成的空隙最小,其中流体只能勉强充满这些空间。
高分子化学与聚合反应
高分子化学与聚合反应高分子化学是研究和应用聚合反应的一门学科，主要研究有机化合物的聚合反应机理、聚合方法以及高分子材料的合成、改性和应用等方面。
聚合反应是将单体分子通过化学键连接在一起，形成高分子化合物的过程。
本文将介绍高分子化学的基础知识、聚合反应的分类和机理，以及聚合反应在高分子材料合成中的应用。
1. 高分子化学基础知识高分子化学研究的基础是有机化学和化学平衡理论。
在有机化学中，我们学习了有机化合物的结构、性质和反应机制，这些知识为理解聚合反应的基础提供了必要的背景。
化学平衡理论则揭示了反应平衡的基本原理和影响因素，对于了解聚合反应的过程和控制聚合反应的条件具有重要意义。
2. 聚合反应的分类和机理聚合反应按照反应方式可分为自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合、离子共聚和缩聚反应等多种类型。
各种聚合反应的机理不同，但都遵循核心原理：单体发生反应，生成聚合物，同时伴随着副反应产生的小分子。
自由基聚合是最常见的聚合反应之一，其机理包括引发剂的引发、单体自由基的扩散、链的增长和链的终止等步骤。
阴离子聚合和阳离子聚合则是通过负离子或正离子的引发剂引发，单体主链上的阴离子或阳离子进行逐个加成，形成聚合物的过程。
离子共聚是阴离子聚合与阳离子聚合的共同进行，通过引发剂引发两种类型的单体反应，得到具有两种聚合物片段的高分子。
3. 聚合反应在高分子材料合成中的应用聚合反应是合成高分子材料的主要方法之一，可以通过合适的单体选择和反应条件控制，获得具有不同结构和性质的高分子材料。
聚合反应的应用范围非常广泛，下面列举几个常见的应用领域。
（1）聚合物合成：聚合反应可以用于合成各类高分子聚合物，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。
通过调节聚合反应的条件，可以控制聚合物的分子量、分子量分布以及化学结构，从而获得具有不同性质和用途的高分子材料。
（2）高分子改性：聚合反应可以用于高分子材料的改性，通过将其他功能单体引入聚合物的结构中，赋予其新的性能和应用。
聚合物的生产工艺有哪些
聚合物的生产工艺有哪些随着工业化的进程，聚合物在各个领域中扮演着愈发重要的角色，从塑料制品到纤维材料，聚合物的生产在现代社会发挥着不可或缺的作用。
而聚合物的生产工艺也在不断发展，以满足不同产品对材料性能和成本的需求。
常见的聚合物生产工艺1. 原位聚合法原位聚合法是指在反应器中，通过加入单体和引发剂等反应物，使反应物在反应器中发生聚合反应，从而生成聚合物。
这种方法生产的聚合物通常具有较高的纯度和分子量，适用于高端应用领域。
2. 溶液聚合法在溶液聚合法中，单体被溶解在适当的溶剂中，加入引发剂等反应物后在适当条件下进行反应。
这种方法的优点是反应条件易于控制，可以得到分散性好的聚合物溶液，适合进行后续加工处理。
3. 熔体聚合法熔体聚合法是将单体在高温下熔化后，在加入引发剂等反应物进行聚合反应。
这种方法具有生产效率高、生产成本低等优点，适用于大规模生产聚合物产品。
4. 悬浮聚合法悬浮聚合法是将单体悬浮于溶剂中，通过搅拌等方式使其均匀分散，并加入引发剂等反应物进行聚合反应。
这种方法生产的聚合物粒径均匀，适合用于制备颗粒状聚合物产品。
5. 流变聚合法流变聚合法是通过控制聚合物溶液在流体中的流动状态来控制聚合物的形貌和性能。
这种方法可以调控聚合物的形状、大小等特征，适合生产纳米级或特殊形状的聚合物产品。
未来发展趋势随着科学技术的不断进步，聚合物的生产工艺也在不断创新。
未来的发展趋势可能包括：更加环保的生产工艺，减少或回收废物的技术；智能化生产工艺，利用先进的控制技术提高生产效率和产品质量；定制化生产工艺，根据不同产品需求定制精确的生产工艺流程等。
总之，聚合物的生产工艺多种多样，每种方式都有其适用的场景和优势。
随着科技的不断发展，聚合物的生产工艺也会不断完善，为各个领域的需求提供更好的解决方案。
聚合物的生产有哪些过程
聚合物的生产有哪些过程聚合物是一种由重复单元构成的大分子化合物，其具有多种用途，包括塑料制品、纤维、涂料等。
在现代工业中，聚合物生产是一个重要的过程，它涉及到多个步骤和复杂的工艺。
下面将介绍聚合物的生产过程。
原料准备聚合物生产的第一步是准备原料。
通常情况下，聚合物的主要原料是单体，它们是一种可以在化学反应中形成聚合物链的化合物。
在原料准备阶段，需要对单体进行精确的配比和预处理，以确保反应的准确性和高效性。
聚合反应聚合反应是将单体转化为聚合物的关键步骤。
在此阶段，单体中的化学键被打破，然后形成聚合物链。
聚合反应的过程中需要加入催化剂或引发剂来促进反应的进行，并控制反应的温度、压力和时间，以实现目标产品的制备。
聚合物处理在完成聚合反应后，需要对产生的聚合物进行处理。
这包括分离未反应的单体、溶剂和催化剂残留物，以及纯化和提纯聚合物产品。
聚合物处理工艺通常包括过滤、结晶、洗涤等步骤，以确保最终产品的质量和纯度。
成型加工一旦得到纯净的聚合物产品，就需要进行成型加工，将其转化为所需的最终形态。
成型加工可以采用多种方法，例如挤出成型、注塑成型、压延成型等，根据不同的产品设计和要求来选择适合的加工技术。
检验和质量控制聚合物生产过程中，检验和质量控制是至关重要的步骤。
通过对原材料、中间产品和最终产品的检测和分析，可以确保产品符合规定的标准和质量要求。
质量控制包括物理性能测试、化学成分分析、外观检查等，以保证产品的稳定性和可靠性。
1包装和储存最后，对生产完成的聚合物产品进行包装和储存。
包装是为了保护产品免受外界环境的影响，同时方便运输和储存。
储存条件的控制也是关键的，需要避免高温、阳光直射等条件，以确保产品在有效期内保持稳定性和性能。
综上所述，聚合物生产是一个复杂而有序的过程，需要多个步骤的协同作用和精细调控。
只有在各个环节都严格按照要求进行操作，才能生产出高质量的聚合物产品，满足不同领域的需求。
2。
高分子化学第七章聚合物的化学反应
二、 化学因素
• 1. 几率因素
大分子链上相邻基团作无规成对反应时，往往有一 些孤立的基团残留下来，反应不能进行到底。
～～CH-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH-CH2～～
O -CH2- O
OH
O -CH2- O
按反应的几率，羟基的最高转化率86.5％，实验
测得为85～87％。
二、 聚合物化学反应的影响因素
影响聚合物功能基反应能力的因素：
（1）物理因素 （2）化学因素
一、 物理因素
• 1. 结晶的影响(聚合物的聚集态)
对于部分结晶的聚合物，晶区分子的取向 度高，分子间作用力大，低分子试剂不易扩散 进去，反应往往只限于无定形区。无定形物处 于玻璃态时，链段被冻结，不利于低分子扩散 ，反应最好在Tg以上或使其适当溶胀后。
• CPE可用于电缆护套，耐热输送带，胶 辊，工业用胶管等。
2.聚氯乙烯的氯化(CPVC)
~CH2–CH~ + HCl Cl
~CH–CH~ + HCl Cl Cl
• 氯化聚氯乙烯的特点是耐热、耐老化 、耐化学腐蚀性好，基本性能于PVC 接近，但耐热性比PVC高。
三、聚乙烯醇的合成及其缩醛化
• 1.聚合
n CH2=CH BPO OCOCH3
－[ CH2-CH－] n
OCOCH3
控制合适条件，制备聚合度适当的产物
• 2.醇解
－[ CH2-CH－] n
CH3OH,OH–CH3COOCH3
OCOCH3
~~CH2-CH~~ OH
制备维尼纶纤维，醇解度要大于99% 悬浮聚合分散剂，醇解度大约为80%
• 3.缩醛化
化学分析。 (5)研究材料的老化和防老化
聚合物生产过程主要包括哪些工序
聚合物生产过程主要包括哪些工序在现代化工生产中，聚合物被广泛应用于各个领域，如塑料、橡胶、纺织品等。
聚合物的生产是一个复杂的过程，主要包括以下几个工序：1. 原料准备聚合物的生产首先需要准备原料。
原料通常是一些化学物质，如单体、催化剂、稳定剂等。
这些原料需要经过仔细的筛选和配比，确保生产过程的稳定性和产品质量。
2. 聚合反应聚合反应是聚合物生产过程的核心步骤。
在这个工序中，原料中的单体分子会发生聚合反应，形成高分子链结构。
这个过程通常需要在特定的温度、压力和催化剂存在下进行，以确保聚合物的结构和性能符合要求。
3. 放热和冷却在聚合反应过程中，由于反应释放热量，需要进行放热控制，以避免反应温度过高。
同时，完成反应后需要对产物进行冷却处理，以稳定聚合物结构并方便后续工序操作。
4. 精细处理生产出的聚合物可能含有杂质或未反应的残余物，需要经过精细处理来提纯。
这个工序通常包括溶剂萃取、过滤、结晶等步骤，以确保最终产品的纯度和质量。
5. 成型加工经过精细处理后的聚合物可以进行成型加工，以制备成各种最终产品。
成型加工通常包括挤出、注塑、压延等工艺，根据产品的形状和用途选择合适的加工方法。
6. 检测和检验生产出的聚合物产品需要经过严格的检测和检验，以确保其符合规定的质量标准。
这个工序包括对产品外观、物理性能、化学成分等方面进行检测，只有合格的产品才能出厂销售。
通过以上工序的有序进行，聚合物生产过程可以高效地实现，产出符合要求的产品，满足市场需求。
在今后的化工生产中，随着技术的不断创新和完善，聚合物生产过程也将不断优化，为社会提供更多优质的聚合物产品。
聚合物合成原理和工艺
分子设计的关键：合成反应的机理、条件及实施方法，因 为合成反应的结果决定了分子的组成、接枝的效率及物性。 配位聚合 定向聚合的核心问题：催化剂体系的研究。
优点：制得的高聚物具有立构规整结构
Chapter 2
自由基聚合:
当前许多重要的高分子材料，如HPPE、PVC、PS、 PMMA、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯腈、氯丁橡胶、丁苯橡 胶、丁腈橡胶及ABS树脂等都是采用自由基聚合反应而成。
要求单体的特性：单体必须是亲核性，易与质子（阳离子） 相结合而被引发。
由于阳离子聚合反应的活性中心是一个正离子，所以单体必须是亲核
性的电子给予体。 如：
①双键上带有强供电子取代基的α-烯烃；
②具有共轭效应基团的单体； ③含O、N杂原子的不饱和化合物或环状化二烯）等.
两种类型的PVC树脂其颗粒形态主要取决于分散剂、搅拌
强度，尤其是分散剂。
反应的关键控制：在反应期间，反应体系的两相分散和稳 定作用极为重要，悬浮剂的加入和搅拌是悬浮聚合中最主 要和不可缺少的条件。
可用下途径使分散体系得到稳定和保护：
（1）加入某种物质以形成珠滴的保护层（膜）；
（2）增大水相介质的粘度，使珠滴间发生凝聚时的阻力增 加； （3）调整水相-单体界面间的界面张力，加强单体液滴维持 自身原有形状的能力；
（4）减少水和粘稠状珠滴的密度差，即使珠滴易于分散悬
浮。
半沉降周期t1/2(min)来评价分散剂的细度或分散液的稳定性。
将分散液倒入100ml量筒内，使其体积恰好到100ml刻度，然后静置，观察 清液-浑浊液界面下移情况，当清液界面降到50ml刻度的时间即为t1/2。
悬浮聚合工艺控制因素 :单体纯度、水油比、聚合反应温 度、聚合反应时间、聚合反应压力、聚合装置（包括聚合 釜传热、粘釜及清釜）等对聚合过程及产品质量都有影响，
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n H2C CH2
H2 H2 CC
n
图 4 聚乙烯树脂的制备过程
背景介绍
成型过程 以聚乙烯树脂为原料，通过相应的成型技术技
术（如吹塑成型等）最终得到聚乙烯水壶制品。
图 5 吹塑成型示意图
背景介绍
传 统
① 单体聚合得到原料树脂
的
聚
合
物
加
工
过
程
② 成型加工
背景介绍
缺点：
1 从单体聚合到加工成型，工艺流程长，花费时间多；
3. 反应挤出的缺点
尽管反应挤出技术有上述优点，但也存在一些缺点，如： ①技术难度大。不但要进行配方和工艺条件的研究，而且要针对不 同的反应设计所需的新型反应挤出机，研发资金投入大，时间长。 ②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 压环境中，难以观察、检测物料的反应程度；物料停留时间较短， 一般只有几分钟时间，因而要求所要进行的反应必须快速完成；如 果反应时间超过2Omin，则用反应挤出技术就没有意义。 ③技术含量高。反应挤出技术涉及到聚合物材料、化学工程、聚合 反应工程、橡塑机械、聚合物成型加工、机械加工、电子等诸多学 科，需较长时间的研究和多方合作才能取得成果。
2. 反应挤出的优点
⑥螺杆挤出机既是反应器，又是制品成型设备，从而使生 产工艺过程做到了工序少、流程短、能耗低、成本低、 生产效率高。节约大部分工厂设备和占地空间；
⑦节省回收稀释液所需的能量，没有溶剂或稀释液，无废 液排出；
⑧挤出机具有技术上的优势，因为它可以作为柱塞流反应 器或者微背混式塞流反应器。
计量
混合
充模
固化
脱模
后处理
图6 反应注射成型工艺流程图
问题：在反应性基础过程中最重要的控制因素是什 么？
组份A和B反应活性是怎样选择的？
计量是否要求准确？ 反应温度如何控制？
反应注射成型
突出特点： 生产效率高、能耗低
商品设计自由度大、成本低
应用： 聚氨酯（1974年 美国）
不饱和聚酯 聚碳酸酯 环氧树脂
聚合物反应性加工概述
主讲：金天翔 单位：化生材学院
内容介绍
背景介绍 聚合物反应性加工的定义 聚合物反应性加工的方法 反应性加工实例
背景介绍
脸盆
聚氯乙烯管道
PE水壶
汽车轮胎
火箭外壳 图1 聚合物材料制品
宇航服
背景介绍
传统的聚氯乙烯管道制备过程：
聚合过程
以氯乙烯为单体，通过相应的聚合技术（如本体 聚合、悬浮聚合）得到聚氯乙烯树脂；
增强反应注射成型：
定义：是指在单体中加入增强材料，即反应单体与增强材料一同通
过混合头注入模具型腔制备复合材料制品的一种加工方法
组份A 组份B 增强材料
计量
混合
充模
固化
脱模
后处理
图7 增强反应注射成型工艺流程图
增强反应注射成型
与反应性注射成型区别：
原料中加入了增强材料，为什么选择反应性注射来增强？粘度。
n H2C CHCl
H2 H CC
n
Cl
图 2 聚氯乙烯树脂的制备过程
背景介绍
⑵ 成型过程 以聚氯乙烯树脂为原料，通过相应的成型技术
技术（如注射、挤出）最终得到聚氯乙烯管道制品 。
图 3 注射成型示意图
背景介绍
聚乙烯水壶制备过程：
聚合过程
以乙烯为单体，通过相应的聚合技术（如本体聚 合）得到聚乙烯树脂；
聚丁烯-1热塑性弹性体反应挤出试验生产线
丁烯-1反应挤出聚合和聚丁烯-1热塑性弹性 体的合成（ 国家863计划，编号 2006AA03Z546）
反应性共混
定义：
是指在熔融混炼过程中，通过加入反应性物质，从而改善共混体 系的相容性，提高其最终制品性能的方法。
特点：
可在很大程度上解决界面张力和两相间的粘合力，从而改善共混体 系的相容性。
通用的增容反应类型：
反应性共混
反应性加工实例
丁烯-1反应挤出聚合和聚丁烯-1热塑性弹性体的合成 （ 国家863计划，编号2006AA03Z546）
2 需进行繁杂的分离和提纯；
3 还要使用混炼机、压延机和挤出机等多种仪器和设备，耗 资大；
如何解决？！
背景介绍
如能把聚合过程和加工过程合二为一，在加工机械中 同时进行化学反应，连续生产，而且采用无溶剂的本体聚 合技术，无需进行分离和提纯，这样就可以使得工艺简单 、经济，且生产周期大大缩短。
有没有这种加工技术呢？
反应性加工方法：10-30min
聚合物反应性加工的方法
反应性注射成型 反应性挤出成型 反应性共混
反应注射成型
定义：是指将两种以上低粘度低分子量的液体单体或预聚体，在高
压下撞击、混合后立即注入密闭的模具内，使液体混合物在模具内发 生化学反应，形成具有弹性和刚性的高分子制品的加工方法。
组份A 组份B
突出特点：
聚合物产品力学强度和热稳定性高
生产效率高、能耗低
商品设计自由度大、成本低
应用： 增强聚氨酯；
汽车构件：车门、汽车挡泥板等。
反应性挤出成型
定义：是指将挤出机尤其是双螺杆挤出机作为一种连续的加工反应器
，初始物料从物料口加入后在螺杆的作用下，使输送、混合、剪切、 反应、传热、脱除挥发物、造粒或模具成塑在一个连续的过程得以实 现的一种成型方法。
综上所述，反应挤出技术具有研发投入高、技术含量高、产品 利润高的特点，虽在研发阶段困难多，但在工业应用上优势明显， 正因为如此，它才成为当前国际上的研究热点。
反应性挤出成型
应用：全世界60%以上的塑料产品是采用螺杆挤出法加工的
片材：PS、PP和ABS片材等 板材：PP、ABS和PP板材等 管材：PVC管材、交联聚乙烯管材等 薄膜 双向拉伸聚丙烯薄膜等
图6 反应性挤出机
反应性挤出成型
图7 螺杆
螺杆的主要作用？ 传输 搅拌 混合、剪切
反应性挤出成型
控制因素:
反应单体活性 相容性 脱挥性 散热性
反应挤出的优点
①螺杆挤出机可根据需要设置多处加料口，根据各种化学反应 自身的规律，沿螺杆的轴向将物料按一定程序和最合适的方式 分步加入，可以控制化学反应按预定的顺序和方向进行。 ②可以精确控制反应温度，并可根据化学反应本身的特点和规 律，通过温度沿螺杆轴向的分布和分布梯度来控制反应进行的 方向、速度和程度，以减少副反应的发生。 ③螺杆挤出机的混合能力很强，提高了反应物料体系的混合均 匀程度。 ④通过调整螺杆转速和螺杆的几何结构，可以控制反应物料的 停留时间和停留时间分布。反应挤出比较适合于反应速度较快 的化学反应。 ⑤副反应较少，选择性较好。
聚合物反应性加工
聚合物加工过程中，使 不相容的共混物组份之间产生化学反应，从而实现共混改 性的方法，即共混物在成型过程中完成化学改性。
优点
工艺简便、经济 产品生产周期大大缩短 可以对原有聚合物进行改性
聚合物反应性加工的定义
传统的加工方法：8h
聚氯乙烯管道