聚合物合成工艺学版.doc
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1、第一次作业1. 何谓三大合成材料?简要说明他们的特点。答:(1)用合成的高分子化合物或称作合成的高聚物为基础制造的有机材料,统称为合成材料。其中以塑料、合成纤维、合成橡胶称为三大合成材料。(2)特点:塑料是以合成树脂为基本成分,具有质轻、绝缘、耐腐蚀、美观、制品形式多样化等。其重要的缺陷是绝大多数塑料制品都可以燃烧,在长期使用过程中由于光线、空气中氧的作用以及环境条件和热的影响,其制品的性能逐渐变坏,甚至损坏到不能使用,即发生老化现象。合成橡胶是用化学的合成方法产生的高弹性体。经硫化加工可制成各种橡胶制品。某些种类的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。合成纤维,线
2、型结构的高分子量合成树脂,通过适当方法纺丝得到的纤维称为合成纤维。合成纤维与天然纤维相比较,具有强度高、耐摩擦、不被虫蛀、耐化学腐蚀等优点。缺陷是不易着色,未通过解决时易产生静电荷,多数合成纤维吸湿性差。2. 合成高分子化合物的聚合反映重要涉及哪两大类?答:合成高分子化合物的聚合反映重要涉及不饱和单体和二烯烃类单体的加成聚合反映和活性单体的逐步聚合反映两大类。3. 单体储存时应注意什么问题,并说明因素?答:(1)单体储存时应达成防止单体自聚、着火和爆炸的目的。(2)为了防止单体自聚,在单体中添加少量的阻聚剂。为了防止着火事故发生,单体贮罐要远离反映装置,贮罐区严禁明火以减少着火的危险。为防止爆
3、炸事故的发生,一方面要防止单体泄露,因单体泄露后与空气接触产生易爆炸的混合物或过氧化物;贮存气态单体或经压缩冷却后液化的单体的贮罐应是耐压容器;高沸点的单体贮罐应用氮气保护,防止空气进入。4. 聚合物反映产物的特点是什么?答:聚合物的相对分子量具有多分散性。聚合物的形态为坚韧的固体物、粉状、粒状和高粘度的熔体或溶液。聚合物不能用一般产品精制方法如蒸馏、结晶和萃取等方法进行精制提纯。5. 选择聚合方法的原则是什么?答:选择原则是根据产品的用途所规定的产品形态和产品成本选择选择适当的聚合方法。第二次作业6. 生产单体的原料路线有几条?试比较它们的优缺陷?答:工业上生产的高聚物重要是加聚型高聚物和缩
4、聚(逐步聚合型)高聚物。当前重要有两条路线;(1)石油化工路线(石油资源有限)原油经炼制得到汽油、石脑油、煤油和柴油等馏分和炼厂气。以此为原料进行高温热裂解可得到裂解气和裂解轻油。裂解气经分离得到乙烯、丙烯、丁烯和丁二烯等。裂解轻油和煤油经重整得到的重整油,经加氢催化重整使之转化为芳烃,经萃取分离得到苯、甲苯、二甲苯等芳烃化合物。(2)煤炭路线(资源有限,耗能大)煤炭经炼焦得煤气、氨、煤焦油和焦炭。煤焦油经分离精制得到苯、甲苯、和苯酚等。 焦炭与石灰石在电炉中高温反映得到电石(CaC2),电石与H2O反映得到乙炔,由乙炔可以合成氯乙烯、醋酸乙烯和丙烯腈等乙烯基单体或其他有机原料。(3)其他原料
5、路线(原料局限性、成本较高)重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加工为单体。本路线原料局限性、成本较高,但它也是充足运用自然资源,变废为宝的基础上小量生产某些单体,其出发点是可取的。7. 简述由最基本的原料(原油、天然气和煤)制造高分子材料的过程。答:一、石油化工路线1、石油裂解生产烯烃 裂解气分离要用 深冷分离法2、石油裂解生产芳烃 可用苯作溶剂3、C4馏分制取1,3丁二烯 萃取精馏法4、C5馏分制取异戊二烯 萃取精馏法二、煤炭路线三、农副产品第三次作业8. 请写出10种用自由基聚合获得的高聚物。答:高压聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯
6、酸酯、聚丙烯腈、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶。9. 在高聚物生产中有几种是采用本体聚合方法合成的?答:在高聚物工业生产中采用本体聚合方法的聚合物有高压聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等,少数工厂一部分聚氯乙烯用本体聚合法生产。10. 本体聚合的重要组分是什么?本体聚合的特点是什么?答:本体聚合是指单体在少量引发剂的(甚至不加引发剂而是在光、热或辐射能)的作用下聚合成高聚物的过程。(1)组分:单体加有(或不加)少量引发剂,可以涉及熔融聚合和气相聚合。(2)特点:其重要优点是聚合体系中无其他反映介质,组分简朴,工艺过程较简朴,当单体转化率很高时可以省去分离工序和聚合物后解决工序,可直接造粒得粒状
7、树脂;同时设备运用率高;产品纯度高。其缺陷是体系粘度大、聚合热不易排出,自动加速现象严重,易产生爆聚,轻者影响产品质量,重者是聚合失败。11. 悬浮聚合有哪几种?与本体聚合相比较其优缺陷是什么?答:悬浮聚合是指溶有引发剂的单体,借助悬浮剂的作用和机械搅拌,使单体以小液滴的形式分散在介质水中的聚合过程。(1)悬浮聚合可根据单体对聚合物溶解与否,将其分为均相悬浮聚合和非均相悬浮聚合。 均相悬浮聚合:假如聚合物溶于其单体中,则聚合物是透明的小珠,该种悬浮聚合称为均相悬浮聚合或称珠状聚合。 非均相悬浮聚合:假如聚合物不溶于其单体中,聚合物将以不透明的小颗粒沉淀下来,该种悬浮聚合称为非均相悬浮聚合或称沉
8、淀聚合。(2)优点:体系粘度低,传热和温度容易控制,产品分子量及其分布比较稳定;不容易产生自动加速现象;生产成本较低;缺陷:产物带分散剂残留物;工业上采用间歇法生产,难以实现连续化生产;需后解决工序。12. 悬浮聚合的重要组分是什么?对各组分的规定如何?答:(1)悬浮聚合的重要组分是单体、介质(水)、引发剂、分散剂、助分散剂和悬浮剂。(2)对各组分的规定:单体:规定对单体进行精制,使其纯度达成规定才干进行聚合。(杂质的阻聚作用和缓聚作用;加速作用和凝胶作用;杂质的链转移作用)介质水:高分子合成工业中用去离子水做聚合用水。(在悬浮聚合中使用大量的水作为介质。氯离子、铁离子、镁离子、钙离子及可见杂
9、质使聚合物带有颜色并使产品质量下降,水中的氯离子还能破坏悬浮聚合的稳定性,使聚合物粒子变粗;水中的溶解氧能产生阻聚作用,延长诱导期,减少聚合速率。)引发剂:其用量通常为单体量的0.1%1%范围。(工业上常用复合引发剂,一种用于聚合前期分解速度快,引发效率高;另一种则在聚合后期引发效率高,使反映速度保持稳定,以缩短时间,得到较高的单体转化率)。分散剂:聚合温度低于100,无机粉状物作分散剂时,其用量在水相中的浓度约为0.1%2%的范围。助分散剂:其用量甚少,约为分散剂用量的0.5%1%左右。(使粉状物易于被水润湿,可加少量表面活性剂作为助分散剂)悬浮剂:略13. 何为均相溶液聚合?何谓非均相溶液
10、聚合?答:溶液聚合是单体溶于适当溶剂中在自由基引发剂作用下进行的聚合方法。(1)均相溶液聚合:单体溶于溶剂中,聚合物也于溶剂中,形成聚合物溶液,这种溶液聚合体系称为均相溶液聚合。(2)非均相溶液聚合:单体溶于溶剂中,聚合物不溶于溶剂中,形成固体聚合物沉淀出来,这种溶液聚合体系称为非均相溶液聚合。14. 溶液聚合中溶剂的作用是什么?选择溶剂的原则是什么?(重要是有机溶剂和水)答:(1)溶液聚合中使用的溶剂可作为传热介质并且克制了凝胶效应,防止自动加速现象,因此反映易于控制,易于调节产品的分子量及其分布。(2)(在溶液聚合中,溶剂的种类和用量直接影响着聚合反映的速率、聚合物的相对分子质量、聚合物相
11、对分子量分布和聚合物的构象。因此,选择适当的溶剂很重要)。原则是:溶剂对自由基聚合不能有缓聚和阻聚等不良影响为了得到一定相对分子质量的聚合物,溶剂的Cs不能太大假如得到聚合物溶液,则选择聚合物的良溶剂;而要得到固体聚合物,则应选择聚合物的不良溶剂(根据单体的溶解性质以及所产生的聚合物用途来决定)考虑毒性和成本问题15. 何谓乳液聚合?其重要组分和各组分的作用是什么?乳液聚合的特点是什么?答:(1)乳液聚合是指单体在乳化剂的作用下分散在介质水中形成乳状液(液/液分散体系),在水溶性引发剂的作用下进行聚合,形成固态高聚物且分散于水中(称为乳胶),此时的乳状液称为固/液分散体系。(2)重要组分:油溶
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