高分子合成工藝學課件第一章緒論

高聚物合成工藝學

TechnologyofPolymerSynthesis

材料學院高分子系盧珣SCUTLab：25號樓440房

Cellphone聚物合成工藝學

Technologyo一點建議一點建議課程目的了解高分子合成工業(yè)中主要原料來源及合成工藝路線，掌握常用聚合物的工業(yè)制備方法、生產(chǎn)設備、工藝流程等。熟悉高分子合成材料領域中重要品種的結構，性能與應用情況。了解世界及我國高分子合成材料的發(fā)展及現(xiàn)狀。課程目的了解高分子合成工業(yè)中主要原料來源及合成工藝路線，掌握課程重點自由基聚合的主要生產(chǎn)設備、操作工藝特點。自由基聚合生產(chǎn)的主要高分子合成材料品種的性能及應用。聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS、聚酯、丁苯橡膠等幾種通用塑料、橡膠及環(huán)氧樹脂、聚氨酯的制備方法、工藝。課程重點自由基聚合的主要生產(chǎn)設備、操作工藝特點。

下列物品是由何種材料做成的？

(高分子合成工藝學課件）第一章緒論(高分子合成工藝學課件）第一章緒論(高分子合成工藝學課件）第一章緒論(高分子合成工藝學課件）第一章緒論(高分子合成工藝學課件）第一章緒論(高分子合成工藝學課件）第一章緒論(高分子合成工藝學課件）第一章緒論(高分子合成工藝學課件）第一章緒論塑料三大合成材料合成橡膠合成纖維1.1高分子合成材料的特性及應用用量較大的品種還有：涂料粘合劑and第一章緒論三大合成材料1.1高分子合成材料的特性及應用用量較大的品種1.1.1塑料

塑料：以樹脂為主要成分，以增塑劑、填充劑、著色劑等添加劑為輔助成分，在加工過程中可塑制成一定形狀，成型產(chǎn)品最終能保持形狀不變的材料?！?/p>

樹脂：受熱后有軟化或熔融范圍，軟化時在外力作用下有流動傾向，常溫下是固態(tài)、半固態(tài)，有時也可以是液態(tài)的有機聚合物。廣義地講，可以作為塑料制品加工原料的任何聚合物都稱為樹脂。1.1.1塑料塑料：以樹脂為主要成分，以增塑劑、填充劑※塑料的分類

熱塑性塑料：在特定溫度范圍內(nèi)能反復加熱軟化和冷卻硬化。按受熱后材料結構形態(tài)變化分類熱固性塑料：固化成型后受熱不能熔化，強熱則分解?！芰系姆诸?/p>

熱塑性塑料：按受熱后材料結構熱固性塑料：根據(jù)使用特性分類通用塑料工程塑料特種塑料根據(jù)使用特性分類通用塑料工程塑料特種塑料

聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯聚苯乙烯ABS五大通用塑料產(chǎn)量大、用途廣聚乙烯聚丙烯聚氯聚苯ABS五大通用塑料產(chǎn)量大、用途廣

聚酰胺PA聚碳酸酯PC聚甲醛POM聚苯醚PPOPETPBT五大工程塑料良好的機械性能和耐高、低溫性能，尺寸穩(wěn)定性,可用作工程結構材料聚酰胺PA聚碳酸酯聚甲醛POM聚苯醚PET五大工程塑料良好特種塑料具有突出的耐高溫、自潤滑等特殊功用，用于航空、航天等特殊應用領域的塑料。如聚酰亞胺、硅、氟塑料等

特種塑料具有突出的耐高溫、自潤滑等特殊功用，塑料的性能評價

基本性能

密度：

0.83～2.2之間，多在1～1.5。相對密度小于1的為聚烯烴類塑料（無填料）。密度最大為聚四氟乙烯（相對密度2.2），泡沫塑料相對密度0.01～0.5。

吸水性：

高于金屬材料和大部分的無機材料。結構單元中含極性基團的吸水性較大。

塑料的性能評價

透氣性：

定義：一定厚度的薄膜在一定時間、一定壓力下單位面積所透過的氣體體積。塑料薄膜的透氣性與材料的化學結構和氣體的種類有關。氣密性好的高聚物應具備：主鏈分布適當極性基團、剛性、結晶度高或分子間有作用力。透氣性：機械性能（力學性能）

塑料品種不同，其強度性能相差很大。一般說，塑料的強度高于非金屬材料，低于金屬材料。但增強塑料材料的機械性能則可以與金屬相比較（用比強度表示，強度/比重）。塑料的硬度差，但屬韌性材料。(高分子合成工藝學課件）第一章緒論Tab.1.1不同材料的強度性能材料拉伸強度MPa彎曲強度MPa彈性模量GPa缺口沖擊強度J/m高密度聚乙烯22～3824～390.8～0.9不斷聚丙烯33～4141～562.1～3.427～110尼龍6,681873.150～160聚碳酸酯6696～1042.2～2.4640～960聚酰亞胺(PI)931103.150芳綸Kevlar纖維2800－－－127.4－－－Kevlar/PI448－－－27.6－－－陶瓷17.2～48.437.3～82.968.6－－－中碳鋼558.6735.52066860輕金屬合金372.4421.770.63920Tab.1.1不同材料的強度性能材料拉伸強度彎曲強度彈性熱性能主要從以下幾方面進行評價。

耐熱性：

用在一定負荷下，形狀變化達到規(guī)定范圍的溫度表示。馬丁耐熱溫度、維卡耐熱溫度、熱扭變溫度等是測定塑料形狀穩(wěn)定溫度的方法。

塑料的長期使用最高溫度：熱塑性通用塑料多為60～100℃，工程塑料可在120℃左右連續(xù)使用，耐高溫材料（聚酰亞胺，聚砜等）連續(xù)使用溫度可達250～300℃。熱性能

導熱性

塑料的導熱性差，無定型結構更低，結晶聚合物導熱系數(shù)稍高，泡沫塑料的導熱系數(shù)更小。

熱膨脹系數(shù)

塑料的熱膨脹系數(shù)（6～25×10－5）大于其它材料（金屬9～290×10－5），設計塑料模具、零件及與其它材料配合時，應考慮二者膨脹系數(shù)的匹配。導熱性電性能

塑料是不良導體，是良好的絕緣材料。體積電阻率在1010～1019Ω·cm范圍。阻燃性

塑料基本都是含碳高分子材料。所以絕大多數(shù)可燃。添加阻燃劑，可以提高塑料的阻燃性能。電性能穩(wěn)定性：

耐化學腐蝕性、老化性能、耐候性等

塑料的耐化學腐蝕優(yōu)于金屬和木材。主鏈帶有極性基團的塑料耐酸堿性好，聚四氟乙烯最佳——“塑料王”。

高聚物在自然環(huán)境下長期使用會導致性能下降以至損壞，即發(fā)生老化現(xiàn)象。需加入各種穩(wěn)定劑－抗氧劑、紫外線吸收劑等。(高分子合成工藝學課件）第一章緒論

①大多數(shù)塑料質(zhì)輕，化學穩(wěn)定性好，不會銹蝕；②耐沖擊性好；③具有較好的透明性和耐磨耗性；④絕緣性好，導熱性低；⑤成型性一般、加工成本低；⑥大部分塑料耐熱差，熱膨脹率大，易燃；⑦尺寸穩(wěn)定性差，容易變形；⑧多數(shù)塑料耐低溫性差，低溫下變脆；⑨容易老化；

塑料主要特性：塑料主要特性：名稱簡稱英文名稱簡稱英文聚乙烯PEpolyethylene聚碳酸酯PCpolycarbonate聚丙烯PPpolypropylene聚丙烯酰胺PAMpolyacrylamide聚苯乙烯PSpolystyrene聚甲基丙烯酯甲酯PMMApolymethylmethacrylate聚氯乙烯PVCPolyvinylchloride聚醋酸乙烯PVAcpolyvinylacetate聚四氟乙烯PTFEpolytetrafluoroethylene聚乙烯醇PVApolyvinylalcohol聚丙烯酸PAApolyacrylicacid聚丁二烯PBpolybutadiene熱塑性聚酯PETPBTpolyester聚丙烯腈PANpolyacrylnitrile

常用塑料簡稱名稱簡稱英文名稱簡稱英文聚乙烯PEpolyethylene聚1.1.2合成纖維

線型結構的高分子量合成樹脂，經(jīng)過適當?shù)姆椒徑z得到的纖維。品種遠少于塑料，主要有：聚酯纖維（滌綸纖維）、聚丙烯腈纖維（腈綸）、聚酰胺纖維（尼龍）、聚丙烯纖維（丙綸）、聚氨酯纖維（氨綸）等。優(yōu)點：強度高、耐候性和耐化學腐蝕性好。缺點：吸濕性差、易產(chǎn)生靜電。1.1.2合成纖維

線型結構的高分子量合成樹脂，經(jīng)過適當(高分子合成工藝學課件）第一章緒論1.1.3合成橡膠

是用化學方法生產(chǎn)的彈性體材料，經(jīng)過硫化加工后可制成各種橡膠制品。分為通用橡膠和特種橡膠主要品種有：丁苯橡膠、順丁橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠、氯丁橡膠、氟橡膠、硅橡膠、聚氨酯彈性體等。特點：高彈性和良好伸長率、耐磨、耐低溫、耐油、耐腐蝕等。1.1.3合成橡膠

是用化學方法生產(chǎn)的彈性體材料，經(jīng)過(高分子合成工藝學課件）第一章緒論(高分子合成工藝學課件）第一章緒論1.1.4高分子合成材料的應用產(chǎn)量巨大，2004年，全球僅合成樹脂的產(chǎn)量已超過2億噸。用途及其廣泛，已滲透到科研、生產(chǎn)和日常生活的所有領域。1.1.4高分子合成材料的應用全球合成樹脂近年產(chǎn)量變化示意圖2004年2000年1995年1991年2.12億噸1.78億噸1.2億噸1億噸全球合成樹脂近年產(chǎn)量變化示意圖2004年2000年1995年2000年世界合成樹脂產(chǎn)量分布示意圖2000年世界合成樹脂產(chǎn)量分布示意圖1.2高分子科學技術發(fā)展大事記世界：1839年

美國人古德伊爾(CharlesGoodyear)發(fā)現(xiàn)天然橡膠與硫磺共熱后可變成膠皮，使它從硬度較低、遇熱發(fā)粘軟化、遇冷發(fā)脆斷裂的不實用的性質(zhì)，變?yōu)楦挥袕椥?、可塑性的材料?869年，美國的海厄特(JohnWesleyHyatt)把硝化纖維素、樟腦和乙醇的混合物在高壓下共熱，制造出第一種人工合成塑料“賽璐珞”(cellulose)。1.2高分子科學技術發(fā)展大事記世界：1909年，美國人貝克蘭(LeoBaekeland)用苯酚與甲醛反應制造出第一種完全人工合成的塑料--酚醛樹酯。1920年，施陶丁格(HermannStaudinger)發(fā)表論文提出：高分子物質(zhì)是由具有相同化學結構的單體經(jīng)過化學反應(聚合)，通過化學鍵連接在一起的大分子化合物，高分子或聚合物一詞即源于此；1929年美國化學家WallaceH.Carothers提出了縮聚理論；均為高分子科學和高分子化學工業(yè)的發(fā)展奠定了基礎。1909年，美國人貝克蘭(LeoBaekeland)用苯酚1926年，美國化學家WaldoSemon制得聚氯乙烯材料，并于1927年實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)（GoodrichCo.)。1930s，本體法PS工業(yè)化（IGFarhern,德國法本公司）。1930年，德國人用金屬鈉作為催化劑，用丁二烯合成出丁苯橡膠。1931年,美國羅姆-哈斯公司以本體法生產(chǎn)聚甲基丙烯酸甲酯。1935年，DuPont的WallaceH.Carothers合成出尼龍。尼龍在1938年實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。1939年，英帝國化學公司生產(chǎn)出高壓聚乙烯。1940年，英國人溫費爾德(T.R.Whinfield)合成出聚酯纖維(PET),1953年工業(yè)化（DuPontCo.）。(高分子合成工藝學課件）第一章緒論1950s，德國人齊格勒(KarlZiegler)與意大利人納塔(GiulioNatta)分別用金屬絡合催化劑（烷基鋁－TiCl3）合成了高密度聚乙烯與聚丙烯。1955年，美國人S.E.Horne利用齊格勒-納塔催化劑聚合異戊二烯，首次用人工方法合成了結構與天然橡膠基本一樣的合成天然橡膠（GoodrichCo.）。1971年，S.LWolek

發(fā)明可耐300℃高溫Kevlar（聚對苯二酰對苯二胺，芳綸）。(DuPontCo.)1950s，德國人齊格勒(KarlZiegler)與意大利中國：1921年上海勝德賽珍廠（現(xiàn)勝德塑料廠）開始生產(chǎn)賽璐珞制品，1926年上海勝德賽珍廠生產(chǎn)酚醛樹脂及模塑粉（電木粉）。1949年中國塑料產(chǎn)量約400t左右(2011年中國塑料產(chǎn)量4798萬噸）。

1958年，在四川長壽化工廠建成年產(chǎn)2萬噸的氯丁橡膠廠,技術資料部分從蘇聯(lián)引進,這是我國第1個現(xiàn)代高分子產(chǎn)業(yè)。中國：1959年北京合成纖維試驗廠引進原東德的技術,年產(chǎn)0.1萬噸尼龍6

。這是我國第1個化纖產(chǎn)業(yè)。1958年，長春應化所開始研究鎳催化聚合合成順丁橡膠,此工作在錦州石油6廠,蘭州化工研究院,北京燕山勝利化工廠等單位的協(xié)作下,于1971年推向產(chǎn)業(yè)化,1982年獲兩項國家自然科學獎.于1985年獲國家科技進步獎特等獎。

1959年北京合成纖維試驗廠引進原東德的技術,年產(chǎn)0.1萬1962年，蘭州蘭化公司橡膠廠引進蘇聯(lián)技術建立年產(chǎn)0.1萬噸的聚苯乙烯生產(chǎn)線,這是我國第1個塑料生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)。1970年，蘭州蘭化公司石化廠引進英國技術建成年產(chǎn)0.5萬噸聚丙烯的生產(chǎn)線和年產(chǎn)3.45萬噸低密度聚乙烯生產(chǎn)線,這是我國第1個聚烯烴產(chǎn)業(yè)。1962年，蘭州蘭化公司橡膠廠引進蘇聯(lián)技術建立年產(chǎn)0.1萬

你應當知道他們！HermannStaudinger德國化學家，高分子化學的奠基人，1953年獲諾貝爾化學獎

你應當知道他們！HermannStaudingerWallaceH.Carothers美國化學家，1924年在伊利諾斯大學獲得博士學位；1926年，從教于哈佛大學。1928年進入杜邦公司，1936年當選美國科學院院士。做出了具有劃時代意義的兩個發(fā)明：合成了尼龍和氯丁橡膠。對高分子化學科學的建立和發(fā)展也做出了杰出的貢獻。。WallaceH.Carothers1934年在俄亥俄州州立大學獲物理化學博士學位，先后任職于DuPont，StandardOil

，Goodyear，

1948年在康奈爾大學任教授。1961年任斯坦福大學教授。1953年當選為美國科學院院士。高分子科學理論的開拓者和奠基人之一；研究范圍廣泛、碩果累累。主要有：

①縮聚反應過程中相對分子質(zhì)量分布理論和體型縮聚反應的凝膠化理論；

②自由基聚合反應的鏈轉移理論；

③橡膠彈性理論；

④高分子溶液熱力學理論、溶液或熔體黏度與分子結構關系；

⑤半結晶高聚物的分子形態(tài)、液晶高聚物理論。專著《高分子化學原理》PrinciplesofPolymerChemistry

，被譽為高分子科學的“圣經(jīng)”。PaulJ.Flory在“大分子物理化學實驗和理論兩方面做出了根本性的貢獻”獲1974年Nobel化學獎1934年在俄亥俄州州立大學獲物理化學博士學位，先后任職于D

KarlZieglerGiulioNatta1963年獲Nobel化學獎KarlZiegler

AlanJ.Heeger

AlanG.MacDiarmid

HidekiShirakawa

因對導電聚合物的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展獲得2000年Nobel化學獎

AlanJ.HeegerAlanG.Ma

你也應當知道他們！錢保功錢人元開拓了中國的高分子物理與有機固體電導和光導的應用基礎研究，在丙綸纖維的開發(fā)等工作中做出了重要貢獻。

1980年當選為中國科學院院士高分子化學和高分子物理學家，我國高分子科學研究領域開創(chuàng)人之一。組織開發(fā)中國自行研究的合成橡膠和輻射高分子材料。1980年當選為中國科學院院士你也應當知道他們！錢保功1935年獲英國倫敦大學帝國學院博士學位。中國最早從事高分子科學研究的化學家之一，1980年當選為中國科學院院士。指導研究成功有機玻璃、聚己內(nèi)酰胺、幾種有機硅高分子,并在國內(nèi)首創(chuàng)尼龍－9等。

王葆仁1948年美國印地安納州諾脫丹大學博士。中國高分子化學的開拓者之一。1949年在國內(nèi)率先開設聚合反應課程。長期從事高分子化學基礎研究：自由基聚合與接枝共聚、開環(huán)聚合、嵌段共聚等；后主要研究生物高分子材料。1980年當選為中國科學院院士。

馮新德1935年獲英國倫敦大學帝國學院博士學位。王葆仁1948年美

何炳林徐僖中國“離子交換樹脂之父”。美國IndianaUniversity博士。主持建立了南開大學高分子系。

1980年當選為中國科學院院士。我國高分子材料科學與工程的奠基人和開拓者之一。

1991年當選為中國科學院院士。何炳林徐僖中國“離子交換樹脂之父”。我國高分子材料科學1.3高聚物生產(chǎn)過程※高聚物生產(chǎn)過程的特點高分子材料合成的生產(chǎn)過程不同于一般化學品，具有以下特性：要求單體具有雙鍵和活性的官能團由低分子單體生成高分子的分子量是多分散性的。生產(chǎn)過程中的聚合反應的熱力學和動力學不同于一般有機反應。聚合反應體系中物料有的是均相，有的是非均相體系，而且反應過程中也有相態(tài)的變化。1.3高聚物生產(chǎn)過程※高聚物生產(chǎn)過程的特點1.3.1原材料的準備和精制高分子材料合成工業(yè)的主要原料為單體和溶劑。其它助劑有引發(fā)劑、催化劑、乳化劑、分子量調(diào)節(jié)劑等。高聚物生產(chǎn)中要求單體純度高，使用前需精制，除去雜質(zhì)和阻聚劑。大多數(shù)單體有毒、易燃，易爆。在儲存和使用時要注意安全。1.3.1原材料的準備和精制高分子材料合成工業(yè)的主要原料1.3.2引發(fā)劑和催化劑的配制引發(fā)劑自由基聚合中所用的引發(fā)劑有兩類：水溶性引發(fā)劑，主要是過硫酸鹽及氧化還原體系，使用前用水配成一定濃度后，加入高位計量槽備用。油溶性引發(fā)劑，多為過氧化物和偶氮化合物，使用前加入單體或溶劑中，溶解后混和均勻備用。1.3.2引發(fā)劑和催化劑的配制引發(fā)劑催化劑

陽離子催化劑（BF3，TiCl4等）、陰離子催化劑（烷基鋁等）及配位絡合催化劑（Ti－Al、金屬氯化物）。

特點：不能同水及空氣中的氧、醇、醛等極性化合物接觸，會失去活性或發(fā)生爆炸。用量極少，需嚴格按規(guī)定方法配制，以保證其活性。催化劑1.3.3聚合反應過程聚合過程是將準備好的原料及單體，進行加成聚合或縮聚反應，使低分子轉化成高分子。是高分子材料合成最重要的步驟。無論采用何種聚合方法，需考慮以下方面：聚合的物系組成。包括單體、反應介質(zhì)或溶劑，反應的引發(fā)體系或催化劑體系。各組分加入的順序和方式。反應過程中對反應熱力學及動力學的控制。合適的反應設備和反應裝置。1.3.3聚合反應過程聚合過程是將準備好的原料及單體，進☆

聚合反應操作方式間歇操作：

在反應前先將反應物料一次全部投入反應器內(nèi)，當反應達到規(guī)定的反應轉化率后，取出反應產(chǎn)物。特征：反應過程中反應物料的濃度隨時間不斷變化。

優(yōu)點：便于改變工藝條件，操作靈活，適于小規(guī)模和多品種生產(chǎn)。

缺點：操作需要較多的輔助時間，因而設備利用率低，每批產(chǎn)品間的質(zhì)量難以控制一致?！罹酆戏磻僮鞣绞介g歇操作：連續(xù)操作

反應物料連續(xù)加入反應器內(nèi)并連續(xù)引出反應產(chǎn)物。特征：為穩(wěn)態(tài)過程，反應器內(nèi)任一點的組成不隨時間而改變。

優(yōu)點：自動化程度高，適于大規(guī)模生產(chǎn)，成本低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性好。

缺點：不易經(jīng)常改變生產(chǎn)產(chǎn)品的品種。連續(xù)操作半連續(xù)操作

預先在反應前將某些反應物料一次全部投入反應器內(nèi)，而其余物料則是在反應過程中連續(xù)加入，或在反應過程中將某種產(chǎn)物連續(xù)從反應器內(nèi)引出。特征：為非穩(wěn)態(tài)過程。目的：控制反應條件。

半連續(xù)操作☆

聚合反應器

釜式反應器

這種反應器的典型結構是容器加攪拌器。既可間歇操作，亦可連續(xù)操作，適應性強。對于生產(chǎn)能力較低或經(jīng)常變化的情況，選用間歇式反應器?！罹酆戏磻?/p>

釜式反應器(高分子合成工藝學課件）第一章緒論管式反應器▲這種反應器由單管串、并聯(lián)構成。反應物料從管的一端輸入，在管中反應，產(chǎn)物從管的另一端輸出?！锪显诜磻鲀?nèi)呈平推流狀態(tài)，單位體積所具有的傳熱面大，適于高溫、高壓裝置。▲采取連續(xù)操作方式。管式反應器塔式反應器

相當于放大的管式反應器。物料在反應器中流動接近平推流，返混較小。物料在塔內(nèi)的停留時間可有較大變化，塔內(nèi)物料溫度可沿塔高分段控制，多用于連續(xù)生產(chǎn)且對物料的停留時間有一定要求的情況。塔式反應器(高分子合成工藝學課件）第一章緒論燕山石化從道化學公司引進的GPPS塔式反應器塔內(nèi)有108層冷卻彎管和109層三葉斜槳。

燕山石化從道化學公司引進的GPPS塔式反應器塔內(nèi)有108層冷流化床聚合反應器：

垂直圓筒形或圓錐形容器，內(nèi)裝催化劑或參與反應的固體顆粒，反應流體從反應器底部進入，產(chǎn)物從頂部引出。傳熱效果好，易控溫，但返混大，對要求高轉化率的反應不利。流化床聚合反應器：(高分子合成工藝學課件）第一章緒論

☆攪拌設備為使聚合反應器中的傳質(zhì)、傳熱過程正常進行，聚合釜中必須安裝攪拌器?！顢嚢柙O備為使聚合反應器中的傳質(zhì)、傳熱過程正常進行常用葉輪常用葉輪各種攪拌器適宜體系：YourText渦輪式旋漿式平漿式錨式螺帶式體系黏度各種攪拌器適宜體系：YourText渦輪式旋漿式平漿式錨式錐螺帶(VCR)最大葉片式泛能式葉片組合式扭格子式EKATO同軸多臂行星式真空乳化釜用新型攪拌設備前進式(AR)錐螺帶最大葉片式泛能式葉片組合式扭格子式EKATO同軸多臂行1.3.4高聚物生產(chǎn)中的分離過程聚合反應后所得產(chǎn)物，除聚合物外，還有未反應單體、反應介質(zhì)和催化劑殘渣等等，必須進行分離。合成的方法不同，品種不同、聚合后產(chǎn)品物系組成不同，分離方法也不一樣。例：懸浮聚合珠狀樹脂在水中的分散體系，需脫除未反應單體和分散劑，對于在壓力下液化的單體進行閃蒸（迅速減壓），對于沸點較高的單體進行蒸汽蒸餾，使單體與水共沸脫除。然后用離心機過濾將固體聚合物樹脂與水分離，再用凈水洗滌。1.3.4高聚物生產(chǎn)中的分離過程聚合反應后所得產(chǎn)物，除聚1.3.5聚合物的后處理1.3.5聚合物的后處理(高分子合成工藝學課件）第一章緒論1.3.6回收過程主要是溶劑的回收，精制，然后循環(huán)使用。合成樹脂溶劑的回收：通常是經(jīng)離心機過濾、分餾得到。合成橡膠溶劑的回收溶劑與水蒸氣一同蒸出，冷凝后形成溶劑和水兩相，溶劑相中含有的單體、填充油等，用精餾的方法使之與溶劑分離。1.3.6回收過程主要是溶劑的回收，精制，然后循環(huán)使用。1.4聚合物生產(chǎn)流程評價和新工藝、

新產(chǎn)品的開發(fā)聚合物生產(chǎn)流程評價，聚合方法的選擇、生產(chǎn)工藝革新、產(chǎn)品性能的不斷提高和新產(chǎn)品的開發(fā)應用研究都是值得重視的問題。1.4聚合物生產(chǎn)流程評價和新工藝、

新產(chǎn)品的開發(fā)聚合物生產(chǎn)第一章思考題1.通用塑料、工程塑料、特種塑料的定義、分別指出主要品種？2.簡述高分子化合物的生產(chǎn)過程。（教材P7-8）3.比較連續(xù)生產(chǎn)、半連續(xù)生產(chǎn)和間歇生產(chǎn)工藝的特點。（教材P11）第一章思考題1.通用塑料、工程塑料、特種塑料的定義、分別指出高聚物合成工藝學

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Cellphone聚物合成工藝學

Technologyo一點建議一點建議課程目的了解高分子合成工業(yè)中主要原料來源及合成工藝路線，掌握常用聚合物的工業(yè)制備方法、生產(chǎn)設備、工藝流程等。熟悉高分子合成材料領域中重要品種的結構，性能與應用情況。了解世界及我國高分子合成材料的發(fā)展及現(xiàn)狀。課程目的了解高分子合成工業(yè)中主要原料來源及合成工藝路線，掌握課程重點自由基聚合的主要生產(chǎn)設備、操作工藝特點。自由基聚合生產(chǎn)的主要高分子合成材料品種的性能及應用。聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS、聚酯、丁苯橡膠等幾種通用塑料、橡膠及環(huán)氧樹脂、聚氨酯的制備方法、工藝。課程重點自由基聚合的主要生產(chǎn)設備、操作工藝特點。

下列物品是由何種材料做成的？

(高分子合成工藝學課件）第一章緒論(高分子合成工藝學課件）第一章緒論(高分子合成工藝學課件）第一章緒論(高分子合成工藝學課件）第一章緒論(高分子合成工藝學課件）第一章緒論(高分子合成工藝學課件）第一章緒論(高分子合成工藝學課件）第一章緒論(高分子合成工藝學課件）第一章緒論塑料三大合成材料合成橡膠合成纖維1.1高分子合成材料的特性及應用用量較大的品種還有：涂料粘合劑and第一章緒論三大合成材料1.1高分子合成材料的特性及應用用量較大的品種1.1.1塑料

塑料：以樹脂為主要成分，以增塑劑、填充劑、著色劑等添加劑為輔助成分，在加工過程中可塑制成一定形狀，成型產(chǎn)品最終能保持形狀不變的材料。——

樹脂：受熱后有軟化或熔融范圍，軟化時在外力作用下有流動傾向，常溫下是固態(tài)、半固態(tài)，有時也可以是液態(tài)的有機聚合物。廣義地講，可以作為塑料制品加工原料的任何聚合物都稱為樹脂。1.1.1塑料塑料：以樹脂為主要成分，以增塑劑、填充劑※塑料的分類

熱塑性塑料：在特定溫度范圍內(nèi)能反復加熱軟化和冷卻硬化。按受熱后材料結構形態(tài)變化分類熱固性塑料：固化成型后受熱不能熔化，強熱則分解?！芰系姆诸?/p>

熱塑性塑料：按受熱后材料結構熱固性塑料：根據(jù)使用特性分類通用塑料工程塑料特種塑料根據(jù)使用特性分類通用塑料工程塑料特種塑料

聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯聚苯乙烯ABS五大通用塑料產(chǎn)量大、用途廣聚乙烯聚丙烯聚氯聚苯ABS五大通用塑料產(chǎn)量大、用途廣

聚酰胺PA聚碳酸酯PC聚甲醛POM聚苯醚PPOPETPBT五大工程塑料良好的機械性能和耐高、低溫性能，尺寸穩(wěn)定性,可用作工程結構材料聚酰胺PA聚碳酸酯聚甲醛POM聚苯醚PET五大工程塑料良好特種塑料具有突出的耐高溫、自潤滑等特殊功用，用于航空、航天等特殊應用領域的塑料。如聚酰亞胺、硅、氟塑料等

特種塑料具有突出的耐高溫、自潤滑等特殊功用，塑料的性能評價

基本性能

密度：

0.83～2.2之間，多在1～1.5。相對密度小于1的為聚烯烴類塑料（無填料）。密度最大為聚四氟乙烯（相對密度2.2），泡沫塑料相對密度0.01～0.5。

吸水性：

高于金屬材料和大部分的無機材料。結構單元中含極性基團的吸水性較大。

塑料的性能評價

透氣性：

定義：一定厚度的薄膜在一定時間、一定壓力下單位面積所透過的氣體體積。塑料薄膜的透氣性與材料的化學結構和氣體的種類有關。氣密性好的高聚物應具備：主鏈分布適當極性基團、剛性、結晶度高或分子間有作用力。透氣性：機械性能（力學性能）

塑料品種不同，其強度性能相差很大。一般說，塑料的強度高于非金屬材料，低于金屬材料。但增強塑料材料的機械性能則可以與金屬相比較（用比強度表示，強度/比重）。塑料的硬度差，但屬韌性材料。(高分子合成工藝學課件）第一章緒論Tab.1.1不同材料的強度性能材料拉伸強度MPa彎曲強度MPa彈性模量GPa缺口沖擊強度J/m高密度聚乙烯22～3824～390.8～0.9不斷聚丙烯33～4141～562.1～3.427～110尼龍6,681873.150～160聚碳酸酯6696～1042.2～2.4640～960聚酰亞胺(PI)931103.150芳綸Kevlar纖維2800－－－127.4－－－Kevlar/PI448－－－27.6－－－陶瓷17.2～48.437.3～82.968.6－－－中碳鋼558.6735.52066860輕金屬合金372.4421.770.63920Tab.1.1不同材料的強度性能材料拉伸強度彎曲強度彈性熱性能主要從以下幾方面進行評價。

耐熱性：

用在一定負荷下，形狀變化達到規(guī)定范圍的溫度表示。馬丁耐熱溫度、維卡耐熱溫度、熱扭變溫度等是測定塑料形狀穩(wěn)定溫度的方法。

塑料的長期使用最高溫度：熱塑性通用塑料多為60～100℃，工程塑料可在120℃左右連續(xù)使用，耐高溫材料（聚酰亞胺，聚砜等）連續(xù)使用溫度可達250～300℃。熱性能

導熱性

塑料的導熱性差，無定型結構更低，結晶聚合物導熱系數(shù)稍高，泡沫塑料的導熱系數(shù)更小。

熱膨脹系數(shù)

塑料的熱膨脹系數(shù)（6～25×10－5）大于其它材料（金屬9～290×10－5），設計塑料模具、零件及與其它材料配合時，應考慮二者膨脹系數(shù)的匹配。導熱性電性能

塑料是不良導體，是良好的絕緣材料。體積電阻率在1010～1019Ω·cm范圍。阻燃性

塑料基本都是含碳高分子材料。所以絕大多數(shù)可燃。添加阻燃劑，可以提高塑料的阻燃性能。電性能穩(wěn)定性：

耐化學腐蝕性、老化性能、耐候性等

塑料的耐化學腐蝕優(yōu)于金屬和木材。主鏈帶有極性基團的塑料耐酸堿性好，聚四氟乙烯最佳——“塑料王”。

高聚物在自然環(huán)境下長期使用會導致性能下降以至損壞，即發(fā)生老化現(xiàn)象。需加入各種穩(wěn)定劑－抗氧劑、紫外線吸收劑等。(高分子合成工藝學課件）第一章緒論

①大多數(shù)塑料質(zhì)輕，化學穩(wěn)定性好，不會銹蝕；②耐沖擊性好；③具有較好的透明性和耐磨耗性；④絕緣性好，導熱性低；⑤成型性一般、加工成本低；⑥大部分塑料耐熱差，熱膨脹率大，易燃；⑦尺寸穩(wěn)定性差，容易變形；⑧多數(shù)塑料耐低溫性差，低溫下變脆；⑨容易老化；

塑料主要特性：塑料主要特性：名稱簡稱英文名稱簡稱英文聚乙烯PEpolyethylene聚碳酸酯PCpolycarbonate聚丙烯PPpolypropylene聚丙烯酰胺PAMpolyacrylamide聚苯乙烯PSpolystyrene聚甲基丙烯酯甲酯PMMApolymethylmethacrylate聚氯乙烯PVCPolyvinylchloride聚醋酸乙烯PVAcpolyvinylacetate聚四氟乙烯PTFEpolytetrafluoroethylene聚乙烯醇PVApolyvinylalcohol聚丙烯酸PAApolyacrylicacid聚丁二烯PBpolybutadiene熱塑性聚酯PETPBTpolyester聚丙烯腈PANpolyacrylnitrile

常用塑料簡稱名稱簡稱英文名稱簡稱英文聚乙烯PEpolyethylene聚1.1.2合成纖維

線型結構的高分子量合成樹脂，經(jīng)過適當?shù)姆椒徑z得到的纖維。品種遠少于塑料，主要有：聚酯纖維（滌綸纖維）、聚丙烯腈纖維（腈綸）、聚酰胺纖維（尼龍）、聚丙烯纖維（丙綸）、聚氨酯纖維（氨綸）等。優(yōu)點：強度高、耐候性和耐化學腐蝕性好。缺點：吸濕性差、易產(chǎn)生靜電。1.1.2合成纖維

線型結構的高分子量合成樹脂，經(jīng)過適當(高分子合成工藝學課件）第一章緒論1.1.3合成橡膠

是用化學方法生產(chǎn)的彈性體材料，經(jīng)過硫化加工后可制成各種橡膠制品。分為通用橡膠和特種橡膠主要品種有：丁苯橡膠、順丁橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠、氯丁橡膠、氟橡膠、硅橡膠、聚氨酯彈性體等。特點：高彈性和良好伸長率、耐磨、耐低溫、耐油、耐腐蝕等。1.1.3合成橡膠

是用化學方法生產(chǎn)的彈性體材料，經(jīng)過(高分子合成工藝學課件）第一章緒論(高分子合成工藝學課件）第一章緒論1.1.4高分子合成材料的應用產(chǎn)量巨大，2004年，全球僅合成樹脂的產(chǎn)量已超過2億噸。用途及其廣泛，已滲透到科研、生產(chǎn)和日常生活的所有領域。1.1.4高分子合成材料的應用全球合成樹脂近年產(chǎn)量變化示意圖2004年2000年1995年1991年2.12億噸1.78億噸1.2億噸1億噸全球合成樹脂近年產(chǎn)量變化示意圖2004年2000年1995年2000年世界合成樹脂產(chǎn)量分布示意圖2000年世界合成樹脂產(chǎn)量分布示意圖1.2高分子科學技術發(fā)展大事記世界：1839年

美國人古德伊爾(CharlesGoodyear)發(fā)現(xiàn)天然橡膠與硫磺共熱后可變成膠皮，使它從硬度較低、遇熱發(fā)粘軟化、遇冷發(fā)脆斷裂的不實用的性質(zhì)，變?yōu)楦挥袕椥?、可塑性的材料?869年，美國的海厄特(JohnWesleyHyatt)把硝化纖維素、樟腦和乙醇的混合物在高壓下共熱，制造出第一種人工合成塑料“賽璐珞”(cellulose)。1.2高分子科學技術發(fā)展大事記世界：1909年，美國人貝克蘭(LeoBaekeland)用苯酚與甲醛反應制造出第一種完全人工合成的塑料--酚醛樹酯。1920年，施陶丁格(HermannStaudinger)發(fā)表論文提出：高分子物質(zhì)是由具有相同化學結構的單體經(jīng)過化學反應(聚合)，通過化學鍵連接在一起的大分子化合物，高分子或聚合物一詞即源于此；1929年美國化學家WallaceH.Carothers提出了縮聚理論；均為高分子科學和高分子化學工業(yè)的發(fā)展奠定了基礎。1909年，美國人貝克蘭(LeoBaekeland)用苯酚1926年，美國化學家WaldoSemon制得聚氯乙烯材料，并于1927年實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)（GoodrichCo.)。1930s，本體法PS工業(yè)化（IGFarhern,德國法本公司）。1930年，德國人用金屬鈉作為催化劑，用丁二烯合成出丁苯橡膠。1931年,美國羅姆-哈斯公司以本體法生產(chǎn)聚甲基丙烯酸甲酯。1935年，DuPont的WallaceH.Carothers合成出尼龍。尼龍在1938年實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。1939年，英帝國化學公司生產(chǎn)出高壓聚乙烯。1940年，英國人溫費爾德(T.R.Whinfield)合成出聚酯纖維(PET),1953年工業(yè)化（DuPontCo.）。(高分子合成工藝學課件）第一章緒論1950s，德國人齊格勒(KarlZiegler)與意大利人納塔(GiulioNatta)分別用金屬絡合催化劑（烷基鋁－TiCl3）合成了高密度聚乙烯與聚丙烯。1955年，美國人S.E.Horne利用齊格勒-納塔催化劑聚合異戊二烯，首次用人工方法合成了結構與天然橡膠基本一樣的合成天然橡膠（GoodrichCo.）。1971年，S.LWolek

發(fā)明可耐300℃高溫Kevlar（聚對苯二酰對苯二胺，芳綸）。(DuPontCo.)1950s，德國人齊格勒(KarlZiegler)與意大利中國：1921年上海勝德賽珍廠（現(xiàn)勝德塑料廠）開始生產(chǎn)賽璐珞制品，1926年上海勝德賽珍廠生產(chǎn)酚醛樹脂及模塑粉（電木粉）。1949年中國塑料產(chǎn)量約400t左右(2011年中國塑料產(chǎn)量4798萬噸）。

1958年，在四川長壽化工廠建成年產(chǎn)2萬噸的氯丁橡膠廠,技術資料部分從蘇聯(lián)引進,這是我國第1個現(xiàn)代高分子產(chǎn)業(yè)。中國：1959年北京合成纖維試驗廠引進原東德的技術,年產(chǎn)0.1萬噸尼龍6

。這是我國第1個化纖產(chǎn)業(yè)。1958年，長春應化所開始研究鎳催化聚合合成順丁橡膠,此工作在錦州石油6廠,蘭州化工研究院,北京燕山勝利化工廠等單位的協(xié)作下,于1971年推向產(chǎn)業(yè)化,1982年獲兩項國家自然科學獎.于1985年獲國家科技進步獎特等獎。

1959年北京合成纖維試驗廠引進原東德的技術,年產(chǎn)0.1萬1962年，蘭州蘭化公司橡膠廠引進蘇聯(lián)技術建立年產(chǎn)0.1萬噸的聚苯乙烯生產(chǎn)線,這是我國第1個塑料生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)。1970年，蘭州蘭化公司石化廠引進英國技術建成年產(chǎn)0.5萬噸聚丙烯的生產(chǎn)線和年產(chǎn)3.45萬噸低密度聚乙烯生產(chǎn)線,這是我國第1個聚烯烴產(chǎn)業(yè)。1962年，蘭州蘭化公司橡膠廠引進蘇聯(lián)技術建立年產(chǎn)0.1萬

你應當知道他們！HermannStaudinger德國化學家，高分子化學的奠基人，1953年獲諾貝爾化學獎

你應當知道他們！HermannStaudingerWallaceH.Carothers美國化學家，1924年在伊利諾斯大學獲得博士學位；1926年，從教于哈佛大學。1928年進入杜邦公司，1936年當選美國科學院院士。做出了具有劃時代意義的兩個發(fā)明：合成了尼龍和氯丁橡膠。對高分子化學科學的建立和發(fā)展也做出了杰出的貢獻。。WallaceH.Carothers1934年在俄亥俄州州立大學獲物理化學博士學位，先后任職于DuPont，StandardOil

，Goodyear，

1948年在康奈爾大學任教授。1961年任斯坦福大學教授。1953年當選為美國科學院院士。高分子科學理論的開拓者和奠基人之一；研究范圍廣泛、碩果累累。主要有：

①縮聚反應過程中相對分子質(zhì)量分布理論和體型縮聚反應的凝膠化理論；

②自由基聚合反應的鏈轉移理論；

③橡膠彈性理論；

④高分子溶液熱力學理論、溶液或熔體黏度與分子結構關系；

⑤半結晶高聚物的分子形態(tài)、液晶高聚物理論。專著《高分子化學原理》PrinciplesofPolymerChemistry

，被譽為高分子科學的“圣經(jīng)”。PaulJ.Flory在“大分子物理化學實驗和理論兩方面做出了根本性的貢獻”獲1974年Nobel化學獎1934年在俄亥俄州州立大學獲物理化學博士學位，先后任職于D

KarlZieglerGiulioNatta1963年獲Nobel化學獎KarlZiegler

AlanJ.Heeger

AlanG.MacDiarmid

HidekiShirakawa

因對導電聚合物的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展獲得2000年Nobel化學獎

AlanJ.HeegerAlanG.Ma

你也應當知道他們！錢保功錢人元開拓了中國的高分子物理與有機固體電導和光導的應用基礎研究，在丙綸纖維的開發(fā)等工作中做出了重要貢獻。

1980年當選為中國科學院院士高分子化學和高分子物理學家，我國高分子科學研究領域開創(chuàng)人之一。組織開發(fā)中國自行研究的合成橡膠和輻射高分子材料。1980年當選為中國科學院院士你也應當知道他們！錢保功1935年獲英國倫敦大學帝國學院博士學位。中國最早從事高分子科學研究的化學家之一，1980年當選為中國科學院院士。指導研究成功有機玻璃、聚己內(nèi)酰胺、幾種有機硅高分子,并在國內(nèi)首創(chuàng)尼龍－9等。

王葆仁1948年美國印地安納州諾脫丹大學博士。中國高分子化學的開拓者之一。1949年在國內(nèi)率先開設聚合反應課程。長期從事高分子化學基礎研究：自由基聚合與接枝共聚、開環(huán)聚合、嵌段共聚等；后主要研究生物高分子材料。1980年當選為中國科學院院士。

馮新德1935年獲英國倫敦大學帝國學院博士學位。王葆仁1948年美

何炳林徐僖中國“離子交換樹脂之父”。美國IndianaUniversity博士。主持建立了南開大學高分子系。

1980年當選為中國科學院院士。我國高分子材料科學與工程的奠基人和開拓者之一。

1991年當選為中國科學院院士。何炳林徐僖中國“離子交換樹脂之父”。我國高分子材料科學1.3高聚物生產(chǎn)過程※高聚物生產(chǎn)過程的特點高分子材料合成的生產(chǎn)過程不同于一般化學品，具有以下特性：要求單體具有雙鍵和活性的官能團由低分子單體生成高分子的分子量是多分散性的。生產(chǎn)過程中的聚合反應的熱力學和動力學不同于一般有機反應。聚合反應體系中物料有的是均相，有的是非均相體系，而且反應過程中也有相態(tài)的變化。1.3高聚物生產(chǎn)過程※高聚物生產(chǎn)過程的特點1.3.1原材料的準備和精制高分子材料合成工業(yè)的主要原料為單體和溶劑。其它助劑有引發(fā)劑、催化劑、乳化劑、分子量調(diào)節(jié)劑等。高聚物生產(chǎn)中要求單體純度高，使用前需精制，除去雜質(zhì)和阻聚劑。大多數(shù)單體有毒、易燃，易爆。在儲存和使用時要注意安全。1.3.1原材料的準備和精制高分子材料合成工業(yè)的主要原料1.3.2引發(fā)劑和催化劑的配制引發(fā)劑自由基聚合中所用的引發(fā)劑有兩類：水溶性引發(fā)劑，主要是過硫酸鹽及氧化還原體系，使用前用水配成一定濃度后，加入高位計量槽備用。油溶性引發(fā)劑，多為過氧化物和偶氮化合物，使用前加入單體或溶劑中，溶解后混和均勻備用。1.3.2引發(fā)劑和催化劑的配制引發(fā)劑催化劑

陽離子催化劑（BF3，TiCl4等）、陰離子催化劑（烷基鋁等）及配位絡合催化劑（Ti－Al、金屬氯化物）。

特點：不能同水及空氣中的氧、醇、醛等極性化合物接觸，會失去活性或發(fā)生爆炸。用量極少，需嚴格按規(guī)定方法配制，以保證其活性。催化劑1.3.3聚合反應過程聚合過程是將準備好的原料及單體，進行加成聚合或縮聚反應，使低分子轉化成高分子。是高分子材料合成最重要的步驟。無論采用何種聚合方法，需考慮以下方面：聚合