高聚物合成工艺学---绪论
高聚物合成工艺学教案[1]
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高聚物合成工艺学教案[1]第一章绪论1.1 高分子基本概念及合成工业概述一、高分子的定义与特点1. 名称:macromolecule compound ; macromolecule; polymer2. 定义:是一种由许多结构相同的、结构简单的单元通过共价键重复连接而成的分子量很大的化合物。
单体(Monomer)、结构单元(Structure unit)、单体单元(Monomer unit)、重复单元(Repeating unit)、链节(Chain element)等定义的回顾。
3. 高分子化合物的基本特点(1)相对分子量很大;(2)相对分子量具有多分散性(Polydispersity ); Polydispersity(3)分子形态多样:长链线型、支链型、体型;(4)化学组成简单，分子结构有规律性;(5)物理性质不同于低分子:高软化点、高强度、高弹性等。
二、高分子材料及发展简史1. 高分子材料的分类根据来源分类:天然高分子(木材、羊毛、天然橡胶)、人工合成高分子(塑料、纤维、橡胶、涂料、粘合剂等)。
2. 高分子材料的发展简史我国古代:利用蚕丝纺丝绸、汉代时利用物质麻纤维等造纸、利用天然产的桐油制成油漆。
欧洲工业革命之后，开始了对高分子产品的研究与开发。
三、高分子合成工业1. 基本原料:石油、天然气、煤炭等为原材料。
2. 生产过程:包括石油开采、石油炼制、基本有机合成、高分子合成、高分子合成材料成型等工业部门，提供主要的原料-单体、溶剂、塑料添加剂等辅助原料。
3. 高分子合成工业的任务:将基本有机合成工业生产的单体，经过聚合反应合成高分子化合物，从而为高分子合成材料成型工业提供基本原料。
四、我国高分子材料合成工业现状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。
19世纪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有、从小到大，发展至今已形成一个完整的工业体系。
高聚物合成工艺学题集--四川大学
第一章绪论1.试述高分子合成工艺学的主要任务。
高分子合成工业的基本任务：将简单的有机化合物〔单体〕，经聚合反应使之成为高分子化合物。
2.简述高分子材料的主要类型，主要品种以及发展方向。
分类：天然、半合成、合成天然橡胶经硫化制备橡胶制品，蛋白质改性产品乳酪素，纤维改性产品赛璐珞。
向耐候性，耐热性，耐水性，功能性，环保性合成高分子发展。
3.用方块图表示高分子合成材料的生产过程，说明每一步骤的主要特点及意义。
1）原料准备与精制过程特点：单体、溶剂等可能含有杂质，会影响到聚合物的原子量，进而影响聚合物的性能，须除去杂质意义：为制备良好的聚合物做准备2）催化剂配制过程特点：催化剂或引发剂的用量在反应中起到至关重要的作用，需仔细调制意义：控制反应速率，引发反应3）聚合反应过程特点：单体反应生成聚合物，调节聚合物的分子量等，制取所需产品意义：控制反应进程，调节聚合物分子量4）别离过程特点：聚合物众位反应的单体需回收，溶剂、催化剂须除去意义：提纯产品，提高原料利用率5）聚合物后处理过程特点：聚合物中含有水等，需干燥意义：产品易于贮存与运输6）回收过程特点：回收未反应单体与溶剂意义：提高原料利用率，降低成本，防止污染环境4.如何评价生产工艺合理及先进性。
1〕生产方式2〕产品性能：产品系列化3〕原料路线4〕能量消耗与利用5〕生产技术水平：降低生产技术费5.开发新产品或新工艺的步骤和需注意的问题有哪些？首先要了解材料应用的技术要求，提出聚合物的性能要求，根据性能要求明确聚合物分子组成及分子结构，然后拟定聚合配方及工艺措施，科学地解决合成性能及结构关系。
应注意高分子合成、结构及性能的关系；合成反应的理论和方法。
第二章生产单体的原料路线1.简述高分子合成材料的基本原料〔即三烯、三苯、乙炔〕的来源。
石油化工路线煤炭路线其他原料路线：主要是以农副产品或木材工业副产品为基本原料，直接用作单体或经化学方法加工为单体。
自农副产品中得到的最主要的单体是糠醛，以糠醛为原料可获得丙酮、苯酚、康醇和甲醛等。
聚合物合成工艺
植物、农副产品 糠醛、纤维素脂、纤维素醚等。
2.2.3 中国资源情况展望
煤炭资源丰富 石化基地：大型乙烯装置
第3章 自由基聚合生产工艺
本体聚合 乳液聚合 悬浮聚合 溶液聚合
3.1 自由基聚合工艺基础和本体聚合生产工艺
3.1.1 自由基聚合工艺基础
自由基聚合引发剂
1.特点：产品不能精制提纯，因此，对聚合反应工艺条件和设备 要求很严格；同一套装置要求生产不同牌号的产品。
2.聚合实施方法 自由基聚合：本体、乳液、悬浮、溶液 离子与配位聚合：本体、溶液
3.聚合反应的操作方式 间歇聚合：分批生产，适于小批量生产； 连续聚合：自动化程度高，质量稳定，适合大批量生产。
4.聚合反应器 管式、塔式、釜式、特殊形式 反应热排除方式：夹套冷却、内冷管冷却、反应物料部分闪蒸、反 应介质预冷、回流冷凝器冷却等。 搅拌器形式：平桨式、旋桨式、涡轮式、锚式、螺带式
1.3.5 聚合物后处理过程
后处理过程主要是脱除水分和有机溶剂的干燥过程。 1 合成树脂：采用气流干燥、沸腾干燥；干燥后得到的粉
状树脂，一般要添加稳定剂、润滑剂等添加剂，经混 炼、造粒制得粒状料（PVC除外）。 2 合成橡胶：采用箱式干燥机、挤压膨胀干燥机干燥。干 燥后进入压块机压制成25kg大块。
3.3.2 聚合工艺
常用釜式反应器、半连续操作。
3.3.3 后处理
聚合物溶液：脱除单体，浓缩或稀释至要求的固含量。 固体聚合物：真空蒸发脱单体、有机溶剂； 水溶液：干燥机脱水。
▲3.4 乳液聚合生产工艺
▲应用：合成树脂如PVC、聚醋酸乙烯、聚丙烯酸酯等； 合成橡胶如SBR、NBR、CR。
▲特点： 优点：聚合反应热清除较容易； 反应体系粘度低； 分散体系的稳定性优良，可连续操作； 产品乳液可直接用作涂料、粘合剂、表面处理剂。 缺点：分离过程较复杂，产生大量废水，直接干燥能耗大； 聚合物杂质含量较高。
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浓度过高；c.干燥过程中聚合物残存的单体逸入大气中。
高分子合成工厂中污染水质的废水，主要来源于聚合物分离和 洗涤操作排放的废水和清洗设备产生的废水。
XX XX系
1.3 三废处理与安全 1.3.2 安全
高分子合成工厂中最易发生的安全事故是引发剂、催化剂、
早期，天然桐油，经适当处理制成油漆。
1839年，美国人发明了天然橡胶的硫化。
1855年，英国人由硝酸处理纤维素制得塑料(赛璐珞)，以后又相 继制成人造纤维。（80年代末期用蛋白质-乳酪素为原料获得了 乳酪素塑料，又叫做半合成材料。） 1883年，法国人发明了用乙酸酐与纤维素制人造丝(粘胶纤维)。
XX XX系
XX XX系
1.1.2. 高分子材料生产主要过程
XX XX系
1.1.3 高分子合成材料成型加工工业简介
高分子合成工业的产品形态可能是液态低聚物、坚韧的固态高 聚物或弹性体。它们必须经过成型加工才能够制成有用的材料 及其制品。
塑料的原料是合成树脂和添加剂（包括稳定剂、润滑剂、着色 剂、增塑剂、填料以及根据不同用途而加入的防静电剂、防霉 剂、紫外线吸收剂等）。
易燃单体、有机溶剂引起的燃烧与爆炸事故。可燃气体、液体 的蒸气或有机固体与空气混合时，当达到一定的浓度范围，遇
火花就会引起激烈爆炸。例如乙烯的爆炸极限是2.7％(下限)和
34.0％(上限) 。 高分子合成工业所用的化学品、单体、溶剂、聚合用助剂、 加工助剂等，有些已知为剧毒品、致癌物质、具腐蚀性、可长 期积累中毒等。
1.2 高分子合成材料的种类
1.2.3 合成纤维 线型结构的高分子量合成树脂，经过适当方法纺丝得到的
纤维称为合成纤维。
高聚物合成工艺学
4、分离过程
聚合结束，对产物中聚合物、未反应单体、催化剂、 反应介质进行分离
5、 聚合物后处理过程
合成树脂：粉状树脂-------干燥-------旋风分离器-------稳定 剂-------混炼-------造粒-------冷却--------粒状塑料-------均匀 化-------包装--------商品 合成橡胶：粒状合成橡胶----干燥-----压块-----包装-----商品
6、 回收过程 主要回收单质、溶剂
6+1 辅助环节 回收能量 稳定生产 三废处理 产品贮运
三、 三废处理及废物利用
废气-密闭 废液-交换 废渣-焚烧沉降
废旧塑料回收利用途径：
1、作为材料再生循环利用 2、做为化学品循环利用 3、做为能源回收利用
聚物生产方法，生产工艺过程，工艺设备等 基本知识。
第一章 绪论
高分子合成工业概述 1、高分子合成材料
{ { 高分子材料 天然高分子 天然高分子改性 合成高分子 有机材料聚合
2、发展简史 古代 部分合成 油漆、浆糊
现代 起源---天然高聚物的化学加工工业
典型标志：
① 天然橡胶-----橡胶制品 1839年 ②第一种塑料---赛璐珞（樟脑增塑硝酸纤维素）
1、原料准备与精制过程
单体纯度 99%以上 ① 单体中杂质对聚合物反应产生链转移反应 ② 使催化剂产生中毒，活性降低分解 ③ 影响产品的颜色、光泽度、黑点 单体贮存设备考虑问题： ①防止与空气接触产生易爆炸的混合物或 产生过氧化物，提供氮气保护 ②保证储罐在任何情况下不会因压力过高而爆炸 ③防止有毒易燃单体在运输过程中泄漏 ④防止单体自聚，加一定阻聚剂 ⑤贮罐远离反应装置，减少火灾危险ຫໍສະໝຸດ 2、催化剂（引发剂）配制过程
高聚物合成工艺学课程教学大纲
《高聚物合成工艺学》课程教学大纲Polymer Synthesis technology一、课程基本信息学时：40学分：2.5考核方式：考试与平常成果相结合；平常成果占总成果的30%中文简介：本课程为材料化学方向必修课程, 主要介绍了工业生产上合成高分子材料的新方法，重要品种的生产工艺技术；各种聚合方法进行工业化生产的特点、配方原理、流程组织原理和典型工业生产过程、聚合反应的基本化工单元及典型生产设备等内容。
其主要任务是在学习该门课程以后，学生了解并驾驭石油化工生产的简洁有机物经聚合反应生产高分子化合物的基本原理、聚合方法、聚合生产工艺, 驾驭向合成树脂、合成橡胶、合成纤维材料供应原料的生产工艺过程, 并为合成涂料、粘合剂、离子交换树脂、工程高分子材料、功能高分子材料等打下基础。
二、教学目的与要求高聚物合成工艺学探讨高分子的合成和制造工艺问题，主要涉及各种典型高分子材料聚合过程的实施方法和操作方式。
通过本课程的学习，使学生驾驭高聚物的各种典型合成方法的原理、工艺流程、主要的设备结构、基本工艺条件和关键的工艺技术问题，相识产品的质量要求和影响因素，了解平安生产、环境爱护和工艺设计的有关问题。
不仅要使学生获得高聚物合成工业的专业学问，而且更重要的是培育学生运用相关学问分析和解决实际问题的实力，为解决将来生产工艺和科学探讨中的实际问题打下基础，同时培育学生严谨细致、实事求是的科学作风，使其逐步具备科技人员应有的素养。
三、教学方法与手段1.突出重点，以课堂讲授为主，以聚合物种类-结构与性能-合成原理-合成工艺-应用为主线，对课程中的重点着重讲解。
2.精讲多练，把现代教化多媒体技术运用到授课过程中，在教学过程中应留意理论联系实际，把老师讲授与课堂探讨相结合，通过实例提高学生分析问题解决问题的实力。
3.学以致用，把理论学问与生产生活和后续课程相结合。
由于本课程实践性较强，因此采纳启发式教学，培育学生思索问题、解决问题的实力；通过作业调动学生学习的主观能动性，培育学生的自学实力。
高聚物合成工艺学
高分子合成工业
合成工业任务： 是将基本有机合成工业生产的单
体(小分子化合物)，经过聚合反应(包括缩聚反应等) 合成高分子化合物，从而为高分子合成材料成型工 业提供基本原料。基本有机合成工业、高分子合成 工业和高分子合成材料成型工业是密切相联系的三 个工业部门。 高分子合成材料的制备过程： 经过石油开采、石油 炼制、基本有机合成、高分子合成、高分子合成材 料成型等工业部门。
合成纤维—— 合成纤维：通常由线型高分子量合成树脂经熔融纺丝 或溶液纺丝制成。合成纤维中通常要加有少量消光剂、 防静电剂以及油剂等。消光剂的作用可以消除合成纤 维的光泽，一般为白色颜料如钛白粉，锌白粉等。油 剂的作用是增加纤维的柔性和饱合性。
1.2 高分子合成材料的特性和在国民
经济各部门中的应用
通用塑料： 通用塑料产量大，生产成本低，性能多样 化。主要用来生产日用品或一般工农业用材料。例如聚 氯乙烯塑料可制成人造革、塑料薄膜、泡沫塑料、耐化 学腐蚀用板材、电缆绝缘层等。
工程塑料： 工程塑料产量不大，成本较高，但具有优 良的机械强度或耐摩擦、耐热、耐化学腐蚀等特性。可 作为工程材料，制成轴承、齿轮等机械零件以代替金属、 陶瓷等。
20世纪
50年代以后：由于发现了由有机金属化合物和过渡 金属化合物组成的催化剂体系，可以容易地使烯烃、 二烯烃聚合为性能优良的高聚物，因此对原料烯烃、 二烯烃的需要量急增。许多以煤和粮食为原料的化工 产品纷纷转向石油路线进行生产，石油化学工业迅速 扩大增长。
20世纪——
解放后：逐渐建立了化学纤维工业、合成橡胶工业 和塑料工业。相继建成了若干大型石油化工基地， 如燕山、兰州、吉林、大庆、齐鲁、金山、仪征、 高桥、辽阳等。它们以石油裂解气为原料，已形成 了合成纤维工业、合成橡胶工业和合成树脂与塑料 工业的骨干企业，使我国高分子合成材料工业迅速 发展。
高聚物合成工艺学知识点总结
第一讲第一章绪论§1.1 高分子合成工业概述工艺学：研究将原料加工成产品的过程的科学，属技术科学，高聚物合成工艺学研究内容包括原料特点、生产原理、生产流程、操作条件、设备的构造和材料。
1. 分类：天然、半合成、合成天然橡胶经硫化制备橡胶制品，蛋白质改性产品乳酪素，纤维改性产品赛璐珞2. 高聚物的用途：皮革制品、纤维及其制品、纸张、橡胶制品、塑料制品、涂料、粘合剂、离子交换树脂、生物医学制品等。
3. 石油化工包括石油开采、石油炼制、基本有机合成、高分子合成、高分子材料成型加工，其中高分子合成工业起着承前启后的作用，以燕化为例阐述我国高分子化工的发展。
1959年开始顺丁橡胶的研究，主要是催化剂的研究，Ni, Co.Ni, Ti, Co，70年开始建设，是我国首个具有知识产权的大规模的化工装置。
§1.2高分子化合物的生产过程高分子合成工业的基本任务：将简单的有机化合物（单体），经聚合反应使之成为高分子化合物。
官能团：能够发生聚合反应的活性基团或原子。
单体：含有二或二以上官能团的能够发生聚合反应的有机化合物。
（请举例）因规模大、工艺复杂，故以线性加成聚合反应为主讲解高聚物生产过程。
高聚物的合成工艺过程包括：原料准备与精制过程、催化剂（引发剂）配制过程、聚合反应过程、分离过程、聚合物后处理过程、回收过程、三废处理过程。
一、原料准备与精制过程原料：单体、溶剂，主要是去离子水的贮存、洗涤、精制、干燥、调整浓度等过程和设备，方法：精馏1. 杂质的危害：1) 阻聚和链转移作用，降低分子量；2) 使催化剂中毒和分解，降低催化剂的催化作用；3) 缩聚过程中单官能物的封端作用，降低分子量；4)使聚合物产生色泽，降低产品质量，因此，要求单体纯度在99％以上。
2. 单体的贮存由于单体往往是易燃、易爆、有毒、自聚的有机化合物，因此在贮存过程中应注意如下问题：1) 防止与空气接触；2) 使贮罐不会产生过高压力；3) 防止泄漏；4)加阻聚剂；5) 贮罐远离反应装置；6) 最好使用耐压容器二、催化剂（引发剂）配制过程（聚合用催化剂、引发剂和助剂的制造、溶解、贮存、调整浓度等过程与设备。
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高聚物合成工艺学---绪论
一、判断
1、由于塑料包装物大多呈白色，它们造成的环境污染被称为白色污染。
（对）
2、连续聚合特点是聚合反应条件是稳定的，容易实现操作过程的全部自动化，机械化，便于小批量生产。
（错）
3、进行聚合反应的设备叫做聚合反应器。
根据聚合反应器的形状主要分为管式、塔式和釜式聚合反应器。
（对）
4、本体聚合与熔融缩聚得到的高粘度熔体不含有反应介质，如果单体几乎全部转化为聚合物，通常不需要经过分离过程。
如果要求生产高纯度聚合物，应当采用真空脱除单体法。
（对）
5、乳液聚合得到的浓乳液或溶液聚合得到的聚合物溶液如果直接用作涂料、粘合剂，也需要经过分离过程。
（错）
6、合成橡胶是用物理合成方法生产的高弹性体。
经硫化加工可制成各种橡胶制品。
（对）
7、合成纤维通常由线型高分子量合成树脂经熔融纺丝或溶液纺丝制成。
加有少量增光剂、防静电剂以及油剂等。
（对）
8、合成树脂生产中回收的溶剂。
通常是经离心机过滤与聚合物分馏得到的。
（对）
9、高分子合成工厂中最易发生的安全事故是引发剂、催化剂、易燃单体、有机溶剂引起的燃烧与爆炸事故。
（对）
10、塑料具有取材容易，价格低廉，加工方便，质地轻巧等优点。
（对）
二、填空
1、根据产量和使用情况合成橡胶可分为（通用合成橡胶）与（特种合成橡胶）两大类。
2、在溶液聚合方法中，如果所得聚合物在反应温度下不溶于反应介质中而称为（淤浆聚合）。
4、塑料的原料是合成树脂和（添加剂）。
5、塑料成型重要的有：注塑成型、挤塑成型、吹塑成型、（压缩成型）等。
6、高分子合成工业的产品形态可能是液态低聚物、坚韧的固态高聚物或（弹性体）。
7、高分子合成工业的基本原料为（石油）、天然气、煤炭等。
8、为使釜式聚合反应器中的传质、传热过程正常进行，聚合釜中必须安装（搅拌器）。
三、选择题
1、高分子合成生产过程，正确的顺序为:（D）
设 1-原料准备与精制过程； 2-分离过程；3-聚合反应过程； 4-催化剂(引发剂)配制过程；5-回收过程；6-聚合物后处理过程
A. 1→2→3→6→4→5 ；
B. 1→3→2→4→6→5
C. 1→3→6→2→5→4 ;
D. 1→4→3→2→6→5
2、工业采用的合成树脂干燥主要是气流干燥和沸腾干燥。
当合成树脂含水时，通常用作载热体进行干燥的是：（A）
A.热空气
B.冷空气
C.高压气体
D.低压气体
3、工业采用的合成树脂干燥主要是气流干燥和沸腾干燥。
当含有机溶剂时，则用作干燥的气体是：（B）
A.加热的氩气
B.加热的氮气
C.加热的氦气
D.加热的氢气
4、光降解塑料的缺点错误的是：（D）
A.在使用后需要有足够的紫外光作用。
B.地膜仅其曝光面能降解，而压土部分难以降解。
C.降解速度受到地理、环境、气候等因素的制约。
D.一定要接触土壤，在一定温湿度条件下才能加快降解。
5、生物降解塑料不足之处正确的是：（C）
A.在使用后需要有足够的紫外光作用。
B.地膜仅其曝光面能降解，而压土部分难以降解
C.降解速度受到地理、环境、气候等因素的制约。
D.一定要接触土壤，在一定温湿度条件下才能加快降解。
6、高分子合成材料中应用最广、产量最大的是：（B）
A.橡胶
B.塑料
C.纤维
D.粘合剂
7、高分子合成工厂中最易发生的安全事故是爆炸事故。
爆炸极限是指：（B）
A.可发生爆炸的温度范围
B.可发生爆炸的温度和压力范围
C.可发生爆炸的压力范围
D.可发生爆炸的浓度范围
8、废旧塑料回收途径错误的是：（B）
A.作为材料再生循环利用
B.作为能源回收利用
C.作为食品级塑料原料回收利用
D.作为化学品循环利用
9、聚合方法的选择取决因素错误的是：（D）
A.聚合物的性质
B.聚合反应的特点
C.单体与催化剂性质以及基本的必要操作工序
D.产品的回收再利用
四、简答题
1、简述高分子合成生产过程？
解：原料准备与精致，催化剂配置，聚合反应过程，分离过程，聚合物后处理过程，回收过程。
2.简述高分子合成材料的基本原料（即三烯三苯乙炔）的来源
解：注塑成型、挤塑成型、吹塑成型、压缩成型。
3.合成高聚物生产过程中，分离设备主要包括哪几类（至少答出三类）？
解：聚合物分离设备主要包括脱挥发分离设备、化学凝聚分离设备和离心分离设备三种。
其中，脱挥发分离设备主要是脱除未反应的低沸点单体和溶剂，采用减压或共沸的方法进行分离；化学凝聚分离设备是将聚合物从液体介质中分离出来，它主要是通过在聚合物胶液体系中加入凝聚剂、沉淀剂等，使固体聚合物从胶液中析出的化学凝聚方法；离心分离设备是将聚合物从液体介质中分离出来，它主要是离心力作用下，将聚合物与液体介质分离的物理方法。
4、比较连续生产和间歇生产工艺的特点。
解：连续生产：
优点：聚合反应条件稳定，容易实现操作过程中的自动化；若条件一致，则产品质量规格稳定；设备
密闭，减少污染；适合大规模生产；劳动生产率高，成本较低。
缺点：不便于小批量生产某牌号产品。
间歇生产：
优点：反应条件易控制；物料在聚合反应器内停留时间相同；便于改变工艺条件。
缺点：不易实现操作过程的全部自动化；必须按配方规定的顺序进行；不适合大规模生产，生产能力低5.试述高分子合成工艺学的主要任务。
解：高分子合成工艺学是应用化学专业材料化学方向学生一门必修的专业基础课，通过学习高分子制备原理及高分子材料的制备工艺，使学生掌握通用高分子材料的工艺特点和工艺过程，了解高分子材料的制备工艺和材料的改性，对高分子材料在实际生产中有初步的认识。
为今后进一步学习有关材料科学学科的课程打下较好的基础。
高分子
合成工业的基本任务：将简单的有机化合物（单体），经聚合反应使之成为高分子化合物。
6.用方块图表示高分子合成材料的生产过程。
解: 1）原料准备与精制过程特点:单体溶剂等可能含有杂质,会影响到聚合物的原子量,进而影响聚合物的性能,须除去杂质意义:为制备良好的聚合物做准备
2）催化剂配制过程特点:催化剂或引发剂的用量在反应中起到至关重要的作用,需仔细调制. 意义:控制反应速率,引发反应
3）聚合反应过程特点:单体反应生成聚合物,调节聚合物的分子量等,制取所需产品意义:控制反应进程,调节聚合物分子量
4）分离过程特点:聚合物众位反应的单体需回收,溶剂,催化剂须除去意义:提纯产品,提高原料利用率
5）聚合物后处理过程特点:聚合物中含有水等;需干燥. 意义:产品易于贮存与运输
6）回收过程特点:回收未反应单体与溶剂意义:提高原料利用率,降低成本,防止污染环境。