经过聚合反应合成高分子化合物.ppt

1、聚合物合成原理及工艺学, 高分子材料的发展简史 高分子合成材料的特性和在国民经济各部门中的应用 高分子化合物的生产过程 高分子化合物生产流程评价和新工艺、新产品的开发 高分子合成工业的三废处理与安全 高分子合成工业经济核算、废旧材料的回收利用,第一章 绪 论,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。,一、高分子材料的发展简史,1833年，Jns Jacob Berzelius 提出了Polymer这一概念。,The term polymer derives from the ancient Greek word (polus, meaning

2、many, much) and (meros, meaning parts), and refers to amoleculewhose structure is composed of multiple repeating units, from which originates a characteristic of highrelative molecular massand attendant properties,19世纪中叶，人们已经可以通过化学反应对天然高分子材料进行改性； 例如19世纪40年代，美国人发明了天然橡胶的硫化； 同一时间，人们对于高分子组成有了更清晰的认识，确定了纤

3、维素、淀粉和蛋白质结构为大分子。并且通过对天然橡胶干馏物的分析，发现天然橡胶化学组成与聚异戊二烯相似。,天然高分子材料,高分子合成材料,进入20世纪以后,1000吨天 然橡胶,1000吨合 成橡胶,=,=,5000名农业工人 三万亩地,10名工人 10亩地,塑料可以代替大量玻璃、木材等；例如以前的容器很多都为玻璃制品或者木材制品。现如今都被塑料用品取代。 合成纤维比天然纤维(棉花、羊毛、蚕丝等)更为牢固耐久。,高分子工业,高分子科学,第一个工业化合成树脂-酚醛树脂,高分子为链式结构,20世纪高分子材料的发展历史,大量的高分子材料（聚四氟乙烯、聚酰亚胺等）和制备方法（本体聚合、悬浮聚合等）面世。

4、,大量涉及高分子材料理论（Flory橡胶弹性理论等）和表征手段（凝胶渗透色谱（GPC ）等）面世。,高分子材料中单单塑料产量已经超过钢铁,研究深入到精细化、功能化以及可控领域,高分子合成工业简述,(1) 基本原料：石油、天然气、煤炭等为原材料。 (2) 生产过程： 包括基本原料生产、基本有机单体合成、高分子合成、高分子合成材料成型等工业部门。 (3) 高分子合成工业的任务： 将基本有机单体，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原料。因此基本有机单体合成工业、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。,材料科学的高速发展与高新技术的广泛采用使高分

5、子材料合成工业进入一个崭新的时期。,21世纪展望,二、高分子合成材料的特性和在国民经济各部门中的应用,合成聚合物的主要用途,1.塑料,三大合成材料,塑料是以合成树脂为基本成分，它是在加工过程中可塑制成一定形状，而产品最后能保持形状不变的材料。 它具有质轻、绝缘、耐腐蚀、美观、制品形式多样化等优点。其主要缺点是绝大多数塑料制品易燃烧，在长期使用过程中发生老化现象。 根据受热后的情况，塑料可分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。前者可反复受热软化或融化，后者经固化成型后，再受热则不能熔化，强热则分解。 根据生产量与使用情况可以分为通用塑料和工程材料。,线型结构的高分子量合成树脂，经过适当方法纺丝得到的

6、纤维称为合成纤维。 与天然纤维相比较强度高、耐摩擦、放蛀、耐腐蚀等优点。 缺点是不易着色，未经处理时易产生静电，多数合成纤维的吸湿性差。因此制成的衣物易污染，不吸汗，透气性差。,2. 合成纤维,合成纤维的纺丝过程,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。加有少量消光剂、防静电剂以及油剂等。,合成纤维,3. 合成橡胶,合成橡胶是用聚合法先生产高弹性体，再经硫化加工可制成各种橡胶制品。 某些合成橡胶具有较天然橡胶为优良的耐热、耐磨、耐老化、耐腐蚀或耐油等性能。缺点是发生老化现象。 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。,橡胶制品的制造过程,合成橡胶

7、制造橡胶制品时加入的添加物通常称为配合 剂，包括硫化剂、硫化促进剂、助促进剂、防老剂、软 化剂、增强剂、填充剂、着色剂等。 增强剂与填充剂用量较大（20）。,合成橡胶,涂料,涂料是一种可以经涂布于材料界面上可起到保护和装饰作用的膜材料。早期有油漆的称法，但随着制备方法的进步和原材料使用的更新，更常被称为涂料。 其组成一般为成膜物质（高分子树脂）、颜料（包括填料）、溶剂、增塑剂和固化剂等组分构成。当前因环保的需要更倾向于选择水为溶剂。因此水性涂料为当前涂料的主要发展方向。,胶黏剂,胶黏剂是可起到黏合作用的材料。从成分和作用机理上胶黏剂种类较多，如低聚合为主要成分经固化后形成体型高分子而发生黏连。

8、还有线型聚合物，以溶液形式，经溶剂挥发后方发挥作用。 胶黏剂的使用需考虑匹配性，即需要考虑被粘合的材料组成与胶黏剂本身的性质。且其最薄时粘合效果最佳，故使用粘合剂需考虑粘合层的厚度。,离子交换树脂,离子交换树脂一般以球形颗粒居多。主要为聚苯乙烯和聚丙烯酸酯类，其性能由树脂中的化学活性基团决定，主要有强酸型阳离子交换树脂、强碱型阴离子交换树脂、弱酸型阳离子交换树脂和弱碱型阴离子交换树脂等。 其应用领域及其广泛，例如可作为水处理剂，制备纯水。其他应用还有制药工艺中的抗生素改良，食品加工领域的高果糖浆制备。,特种高分子化合物,特种高分子化合物是现在高分子材料发展的作用方向，除了强调特种功能化，还更需

9、要在成本控制和制备工艺精简上下功夫。,合成高分子材料的主要过程,三、高分子化合物的生产过程,合成高分子材料的主要过程,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、润滑刑、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）。 塑料成型重要的有：注塑成型、挤塑成型、吹塑成型、模压成型等。除模塑制品外，还有薄膜、人造革、泡沫塑料等。,聚合官能度数目与合成材料的关系,高分子合成生产过程,高分子合成生产过程大体上可分为以下几个工

10、序: (1)原料准备与精制过程; (2)催化剂(引发剂)配制过程; (3)聚合反应过程； (6)回收过程 (4)分离过程； (5)聚合物后处理过程,此外三废处理和公用工程如供电、供气、供水等设备。,1. 生产流程评价,现代化的大规模生产装置基本是连续生产 连续生产的生产流程对于生产技术和设备的要求较高 间歇生产方式中某一工序发生故障对于整个生产装置的影 响小,四、生产流程评价和新工艺、新产品的开发,高分子 化合物 生产 流程 评价,产品性能的考查,原料路线的考查,能量消耗与利用的考查,生产技术水平的考查,2,1,3,4,高分子化合物生产流程的评价还要从以下各方面进行考查,2. 聚合方法的选择,

11、高分子化合物工业生产中同一种聚合物可以用几种不同的聚合方法进行生产。 聚合方法的选择取决于聚合物性质。 相同性能的产品，产品质量好，设备投资少，生产成本低的方法将得到发展。其它方法则逐渐被淘汰。,原始颗粒粒径只有1微米左右，适于生产聚乙烯糊。,例如：聚氯乙烯树脂的生产工艺,乳液聚合方法,悬浮聚合方法,本体聚合方法,同一种生产方法由于引发剂成催化剂的改进可以大大缩短聚合反应时间或简化生产过程，从而增加产量，降低成本。,3. 生产工艺的改革,以高密度聚乙烯的生产为例，早期用的催化剂效率低，每克催化剂仅可得聚乙烯数千克，生产工艺复杂。 高效催化剂每克催化剂可得聚乙烯最高者甚至达到几百万克，简化了生产

12、工序。 近来又开发了乙烯气相聚合的方法，进一步革除了溶剂，更加简化了生产工序。,高密度聚乙烯生产过程比较,开发高分子合成材料新产品大致步骤,第一次评价,第二次评价,通用塑料：25-250 kg 通用橡胶：100-1000 kg 合成纤维：500-2000 kg,4. 新产品的开发,五、高分子合成工业的三废处理与安全,1. 三废来源和处理,2. 生产安全,高分子合成工厂中最易发生的安全事故是引发剂、催化剂、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

13、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。,制约因素：,高分子制品废弃后对环境的污染,“在人类历史上，几乎没有什么科学技术象高分子科学这样对人类社会做出如此巨大的贡献。”,六、废旧高分子材料的回收利用,解决途径,1. 塑料的贡献与白色污染,从上世纪六十年代开始，塑料(主要指聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯)进入广泛实用阶段。 由于塑料具有很多优点： 取材容易，价格低廉，加工方便，质地轻巧，因此塑料一问世，便深受欢迎，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。创造了巨大的社会和经济效益。 塑料

14、被列为20世纪最伟大的发明之一，塑料的普及被誉为白色革命。,白色污染,随着塑料产量不断增大，成本越来越低，我们用过的大量农用薄膜、包装用的塑料袋和一次性塑料餐具在使用后被抛弃在环境中，给景观和环境带来很大破坏。 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。,(1)作为材料再生循环利用 (2)作为能源回收利用 (3)作为化学品循环利用。 A. 解聚、水解等方法降解为单体、低分子量化合物。 B. 裂解为燃料油品。,废旧塑料的油化工艺过程,2. 废旧塑料回收,废旧轮胎的催化裂化工艺过程,3. 废旧橡胶回收,在使用后需要有足够的紫外光作用。 地膜仅其曝光面能降解，而压土部分难以降解。 光降解速度受到地理、环境、气候等因素的制约。,光降解塑料不足,生物降解塑料不足,加入天然高分子物质，影响塑料的物理机械性能。 全生物降解高分子材料制造困难，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 解。,将两种材料各取所长，互相弥补。,4. 光与生物双降解塑料,光/生物降解地膜,刀叉勺、吸管等,各种购物袋,深圳绿维公司生产的光降解、光/生物双降解塑料制品,高聚物合成工艺，王久芬编，北京， 国防工业出版社， 2005，第1版。,本书共分为三部分： 第一部分介绍聚合方法和工艺过程 第二、三部分主要