聚合物工艺学第一章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,高分子合成原理及工艺学,Synthesis Principle and Technology of Polymer,Chapter 1 Introduction,1-1,Action of the Course,Concept of Technology,TPCat,polymer,monomer,原材料准备,涉及到合成条件（,T,P,Cat,），,合成设备,配方,合成,分离,后处理,5,、高分子化合物的生产过程,（,1,）高分子材料的生产概况：,由最基本的原料，石油、天燃气、煤碳等制造高分子合成材料制品的主要过程如表所示：,原材料,单体,高聚物合成,加工成型,基本有机合成,石油开采石油炼制,煤矿开采炼焦（煤焦油及焦碳）,（,2,）高分子合成的一般过程,原料准备,聚合反应,分离,后处理,产物,本体后处理,催化剂配制,回收,(1,）,a.,不精制，产生阻聚和链转移作用，降低转化率及分子量。,b.,早封端降低产品平均分子量。,c.,离子型聚合破坏催化剂。,因此要求单体和溶剂具有很高的纯度，一般要求单体纯度达到,99%,以上。,对苯二甲酰胺,Kevlar,纤维,一、原材料的准备与精制,（,2,）强化入厂检验（要是容量分析法）气相色增，红外、薄层色谱,质谱。,（,3,）除阻聚剂,除水,添加阻聚剂；,贮存气体状态单体（如乙烯）经压缩冷却液化为液体的单体（如丙烯、氯乙烯、丁二烯等）的贮灌应是耐压容器。,为防止贮灌内进入空气，高沸点的单体的贮灌应当用氯气保护。,低温贮存,（,4,）贮存,措施,二、催化剂（或引发剂）的准备及配制,聚合反应中，使用的催化剂（引发剂）的浓度很低，因此它们的纯度更显得特别重要。显然，如果纯度不纯则计量不准。引发剂（催化剂）的净化提纯：减压蒸馏，重结晶。此外催化剂的安全,贮存也特别重要。,过氧化物需要在非纯粹的状态下保存；烷基金属化合物和过渡金属卤化物要求隔绝氧气和隔绝水保存。,三、聚合过程,聚合物在聚合反应器中分批生产，也即在反应器中加入单体及引发剂（或催化剂），反应介质等原材料以后，控制反应条件，使之进行聚合反应，当达到要求的转化率时，将聚合物等自聚合反应器中卸出。,进料,反应,出料,清洗,反应器中进行了如下的循环操作：,3-1,间歇操作与连续操作：,间 歇 聚合,（,1,）不易实现操作过程的全部自动,（,2,）产品规格难以控制；,（,3,）设备利用率降低；,（,4,）不适合大规模生产；,（,5,）便于改变工艺条件，适宜小批量生产，容易改换品种和牌号。,优缺点：,是单体和引发剂或催化剂等连续加入聚合反应器。反应得到的聚合物则连续不断地排出聚合反应器。,优点：,（,1,）容易实现操作过程的全部自动化、机械化；,（,2,）产品质量规格稳定；,（,3,）适合大规格生产、污染小；,（,4,）劳动生产率成本低；,缺点：,不适合生产小批量牌号的产品。,连续聚合,3-2,聚合反应器,聚合反应是高分子材料生产过程中最主要的化学反应过程。约占反应周期的,70%,。,聚合反应在反应器这个特殊的场合进行，是设备的核心部分。,反应器有管式聚合反应器、塔式聚合反应器、,釜式聚合反应器,、螺旋挤出式反应器、板框式反应器。,（,1,）产品形成之后，不易进行精制提纯。要求生产设备在材质方面不会污染聚合物。因此聚合反应设备和管道在多数情况下应当采用不锈钢，搪瓷、或不锈钢与碳钢的复合材料等制成。,（,2,）反应条件的波动变化，将影响平均分子量，分子量分布及结构等。因此，为控制产品的规格，反应条件应（温度，压力）稳定不变或控制在允许变化的最小范围，最好采用高度自动化控制。并便于调节，便于取样观察，（看反应是否正常，测定转化率、粘度、,MI,等）,。,3-3,反应热的去除,不饱和单体经聚合反应转变为聚合物的化学反应是放热反应。因此聚合反应器的首要问题是如何有效地去除聚合反应热，以保证规定的反应温度。釜式聚合反应器去热方式是多种多样的。,重要的有：,（,1,）夹套冷却；,（,2,）夹套附加内冷管冷却；,（,3,）釜体内加内冷管冷却；,（,4,）反应物料釜外循环冷却；,（,5,）回流至冷凝器冷却；,（,6,）反应物料部分闪蒸；,（,7,）反应介质予冷。,3-4,搅拌,聚合反应器中的反应物在反应初期，大多都是易于流动的液体状态，随着聚合反应的进行，单体逐渐转变为聚合物，逐渐变稠。,聚合反应釜内的物料是均相体系时,，随着单体转化率的提高。物料的粘度明显增大，此时搅拌器的作用主要是使物料强烈流动，以使各部分物料的温度均匀，同时加大对器壁的给热系数，使聚合热及时传导给冷却介质，以免产生局部过热现象。,对于非均相体系,，搅拌器作用不仅具有上述加速热交换，使物料温度均匀的作用。而且具有使物料保持分散状态，以避免发生结块现象的作用。,在缩聚过程中还,可以不断更新界面，使小分子化合物及时蒸出以加速反应的进行。,因此，对于均相反应体系，搅拌器的作用主要是加速传热过程。对于非均相体系，则有加速传热和传质过程的双重作用。,常见的搅拌器有：平浆式、旋浆式、涡轮式、锚式以及螺带式等。,四 分离,经聚合反应得到的物料，多数情况下不是单纯的聚合物，而含有未反应单体，催化剂残渣，反应介质（水或有机溶剂）等。因此必须将聚合物与未反应单体、反应介质等进行分离。显然，,分离的目的有二：,一是使所得的聚合物尽可能纯净，二是使残余单体，活剂介质等经过回收循环使用降低成本，减少环境污染,。,脱除溶剂的方法有,离心过滤法、,沉降法、,凝聚法、,喷雾干燥法等,。,脱单体,脱催化剂,脱溶剂,后处理,分离过程通常包括,：,脱除单体的方法有：,闪蒸法,减压蒸馏法,水蒸汽蒸馏法等。,选择什么样的分离方法与物料的形态有关。,本体聚合得到的物料通常含有少量未反应单体或低聚物。在熔融状态脱除单体时，聚合物熔体的粘度增加甚为迅速，要求更高的温度才能脱除完全，此时可能会引起聚合物分解。为了降低温度应采用高真空度脱除单体的方法，并使聚合物熔体呈薄层或线状流动。,自由基悬浮聚合得到的固体珠状树脂在水中的分散体系。可能含有少量反应单体和分散剂。首先应脱除未反应单体，其方法是对压力下液化的单体进行闪蒸。对于沸点较高的单体则进行水蒸汽蒸馏，使单体与水,沸的,脱除之。然后用离心机过滤使水与固体粉状聚合物进行分离。,经自由基溶液聚合或离子聚合或配位聚合得到的高粘度溶液，其分离方法根据产物是合成树脂还是合成橡胶而不同。,合成树脂，通常是将树脂溶液逐渐加入非溶剂中，在沉淀釜中搅拌使合成树脂呈粉状固体析出。,合成橡胶的高粘度溶液，不能用非溶剂分离合成橡胶。因为沉淀出固体合成橡胶会粘结为含有有机溶剂的大块，而不能进行出料和后处理。其分离方法是将高粘度橡胶溶液喷入沸水中，同时进行强烈的搅拌，未反应单体和溶剂与一部分水蒸汽被蒸出，合成橡胶则以直径,1020mm,左右的胶粒析出。经过滤法所得到胶粒。,五、聚合物的后处理,经分离过程得到的聚合物中通常含有少量的水分，或有机溶剂，必须经干燥脱除水分有机溶剂而得到干燥的橡胶及树脂。工业上采用的干燥方法有气流干燥、沸腾床干燥，箱式干燥或挤压膨胀等方式。,六、回收过程,主要是回收溶剂进行精制，然后循环使用。,（,1,）合成树脂中回收的溶剂，通常是经离心机过滤与聚合物分馏得到的。其中可能有少量单体，破坏催化剂用的甲醇或乙醇等，还可能溶解有聚合物（如无规聚丙烯）、用水与溶剂静置分层，将可溶于水的组分如醇类萃取到水相。而单体则包溶到溶剂中，然后用精馏的方法回收溶剂。其中高沸物作为废料弃去，醇类从水中蒸出回收。,（,2,）合成橡胶中回收的溶剂，通常是在橡胶凝聚釜中同水蒸汽一同蒸出来的，因此不含有不挥发物，而含有可挥发的单体和终止剂如甲醇等。经冷凝后，水与溶剂通常形成,2,层液相，可溶于水的组分则溶于水中，溶剂层中则可能含有未反应单体，防腐剂，充油剂等。然后再用精馏的方法使单体与溶剂分离。防老剂等高沸点溶剂则作废料处理。,