高分子材料是怎樣制成的

1、第十一章 高分子材料是怎樣制成的n11.1 豐富而廉價的原料n12.2 高分子材料的合成11.1 豐富而廉價的原料n要了解高分子材料的制取，首先要知道合成高分子材料需哪些單體（原料）。本世紀(jì)初，原料是農(nóng)業(yè)、林業(yè)的副產(chǎn)品；本世紀(jì)二十年代開始，原料以煤為主；五十年代開始，以石油為主要原料，這是目前高分子合成工業(yè)原料發(fā)展的總趨向。n 以煤，石油里可以得到更多的合成高分子材料的原料。11.2 高分子材料的合成n一.高聚物n 上面所介紹的原料，一般都是低分子的單體，需經(jīng)過聚合反應(yīng)才能成為高分子化合物，簡稱高聚物。高聚物才是合成高分子的基本原料。n 有時又把高聚物叫合成樹脂（為什么呢？）因高聚物與天然樹脂

2、（如松香，瀝青等）有相似的性質(zhì)。線型的高分子化合物具有可塑性，在常溫，常壓下呈固體或粘稠液體，與天然樹脂性質(zhì)相似，所以把線型的高分子化合物叫合成樹脂。n 單體分子通過聚合反應(yīng)就可以制成高聚物，使單體變?yōu)楦呔畚锏木酆戏磻?yīng)有加成聚合反應(yīng)（加聚反應(yīng)）和縮合聚合反應(yīng)（縮聚反應(yīng)）我們下面一一介紹。方法則有下面幾個。n二.合成方法n （一）加聚反應(yīng)n 1.定義：在一定條件下把不飽和鍵或環(huán)式結(jié)構(gòu)打開而聚合成大分子，這種反應(yīng)稱為加聚反應(yīng)。參加加聚反應(yīng)的單體一般是含有不飽和鍵的單體及一些環(huán)狀化合物，如聚氯乙烯，氯丁橡膠，聚丙烯腈纖維都是加聚反應(yīng)的產(chǎn)物。n提問：從反應(yīng)機理來看，加聚反應(yīng)屬于哪一類反應(yīng)？n（二）縮聚

3、反應(yīng)n1.定義：凡有兩個或兩個以上官能團的同種或不同種低分子化合物參加，同時有低分子物（如水，醇，氨，HX等）析出的聚合反應(yīng)稱為縮聚反應(yīng)。n提問：從反應(yīng)機理來看，縮聚反應(yīng)屬于哪一類反應(yīng)？n （三）合成方法n（1）本體聚合：單體本身進(jìn)行的聚合，沒有其他溶液和介質(zhì)參與，如聚乙烯，聚苯乙烯等可采用此方法。n（2）懸浮聚合：單體借機械攪拌以微珠形式懸浮于水中而進(jìn)行的聚合反應(yīng)，如聚氯乙烯可采用此法，廣泛用于生產(chǎn)微珠狀的離子交換樹脂n（3）乳液聚合：用乳化劑使單體分散在水中形成乳濁液而進(jìn)行的聚合反應(yīng)，此法在合成橡膠中廣泛使用，如聚丁二烯等。n（4）溶液聚合：單體和引發(fā)劑溶解在惰性溶劑中進(jìn)行的聚合反應(yīng) 如聚

4、異丁二烯等。n（5）界面聚合：是溶液聚合的一個特殊類型，是把兩種單體溶于兩種互不混溶的溶劑中，使單體之間的縮合反應(yīng)在兩種溶劑的界面上進(jìn)行，如聚酰胺就采用界面縮聚。聚酰胺有兩種單體，一種單體二元胺溶于水，一種單體二酰胺溶于CCl4，兩種單體之間的縮合反應(yīng)在溶劑之間的界面上。n 通過上述五種方法可把單體聚合成高聚物，那么高聚物又怎樣加工成各種高分子材料呢，加工方法不同，產(chǎn)品也不同。如高聚物聚乙烯，用不同的方法既可以加工成塑料產(chǎn)品，也可以制成合成纖維產(chǎn)品。n （四）合成材料的加工n 高聚物的加工方法可分為兩類：熱壓法和溶劑（液）法。n 熱壓法通過各種加熱，加壓，配以各種物理機械加工方法，將高分子化合

5、物加工成各種產(chǎn)品，像塑料的模制法，橡膠的模壓法都屬此類。n 溶劑（液）法是根據(jù)高分子化合物可溶于某種溶劑的特性，配以各種化學(xué)物理方法，使它成型凝固而得到不同的產(chǎn)品，像合成纖維的干法抽絲等都屬此方法。 n我們再來看看合成纖維，合成橡膠及塑料的制造工藝。n三.合成纖維的制造工藝n 制造合成纖維大致可分三個步驟：制取單體；將單體聚合為纖維高聚物；將聚合物進(jìn)行紡絲，拉伸，熱定型等后處理，得到所需產(chǎn)品，我們以滌綸的制造為例來說明。n1.制取單體n 滌綸又叫聚酯纖維，單體是對苯二甲酸乙二酯；要制備對苯二甲酸乙二酯，我們可以利用對苯二甲酸和乙二醇反應(yīng)而得（由于用對苯二甲酸不易制成純品，因此常利用對苯二甲酸二

6、甲酯和乙二醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)可得對苯二甲酸乙二酯），而乙二醇和對苯二甲酸可由石油，煤及農(nóng)副產(chǎn)品加工而得到，通常是把石油中的二甲苯制成對二甲苯，然后氧化得到對苯二甲酸。n 高分子材料 單體 高聚物n 滌綸 對苯二甲酸乙二酯（醇） 聚對苯二甲酸乙二酯 n2.單體聚合為成纖高聚物n 對苯二甲酸乙二酯經(jīng)過縮聚反應(yīng)，得到聚對苯二甲酸乙二酯。n 3.成纖聚合物進(jìn)行紡絲，拉伸，熱定型等后處理，得到所需產(chǎn)品n 合成纖維的抽絲工藝是對蠶吐絲的模擬。n 先把成纖高聚物制成一種粘稠的液體，即紡絲液，可通過兩種方法制得紡絲液，即熔融法和溶液法。例如滌綸，錦綸等就采用熔融抽絲而得到，而腈綸，維綸等采用溶液抽絲法紡制的。

7、然后把這種抽絲粘液從合適的噴絲孔壓出，經(jīng)過冷卻，凝固成纖維狀。抽絲所得纖維雖已凝固成絲狀，但這種纖維象掛面一樣，強度不高，硬而脆，不能作為紡織纖維用，必須要經(jīng)過一系列加工，即后處理。n 經(jīng)過處理成為定型的纖維，后處理中較重要的工序是拉伸和熱定型。拉伸把原來排列很亂的分子鏈作整齊地排列，提高了強度。熱定型可使纖維遇熱不發(fā)生強烈收縮。n四.合成橡膠的制造工藝n在生產(chǎn)過程中，聚合是最關(guān)鍵的工藝，現(xiàn)在普遍采用溶液聚合和乳液聚合，如順丁橡膠，異戊橡膠等采用溶液聚合，而丁苯橡膠，氯丁橡膠等采用乳液聚合。n 聚合反應(yīng)在聚合釜中進(jìn)行，釜中備有攪拌裝置，夾套等，可用合金鋼制造。由上述生產(chǎn)過程所得到的成品是生橡膠

8、，生橡膠彈性較差，遇冷變硬，遇熱發(fā)粘，成型后也不能保持一定形狀，因此要將它進(jìn)行處理。n橡膠的加工分為干膠制品和膠乳制品的加工。干膠制品的加工通常包括素?zé)挕⒒鞜?、成型和硫化四個步驟。n素?zé)捴饕糜谔烊幌鹉z。n 生橡膠經(jīng)混煉后得混煉膠，再經(jīng)硫化后得硫化橡膠（熱橡膠）n 混煉就是將生膠和硫化劑，防老劑，填充劑等充分混合均勻。n 硫化就是把生膠膠料經(jīng)過化學(xué)或物理方法處理后（一般用硫，其用量大致為橡膠重量的2-3%），使橡膠分子從線型結(jié)構(gòu)變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)，硫化后橡膠的強度大大提高。n 硫化橡膠即可制成各種橡膠制品。n 注：硫化過程一定要在一定的溫度和壓力條件下進(jìn)行，如在混煉膠中雖已加入硫化劑，但必須有一定溫度和壓力，才可發(fā)生硫化反應(yīng)。 n五.塑料的制造工藝n 高聚物在加工成塑料制品前，先將樹脂和各種添加劑放在混合機中混合均勻，然后根據(jù)不同的需要制造出片狀，顆粒狀或粉狀的原料，再用各種不同的成型方法制造出所需要的塑料制品，常用的成型方法有下面幾種：n1. 壓延成型法 適宜于生產(chǎn)軟聚氯乙烯薄膜及各種人造革等。n2. 壓制成型法 適宜于