乳液聚合生产工艺精选PPT.ppt
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1、关于乳液聚合生产工关于乳液聚合生产工艺艺第1页,讲稿共56张,创作于星期一1.概述概述天然橡胶的应用乳液聚合的发展1909,最早的乳液聚合研究文献为德国德国BayerBayer公司的专利公司的专利,阐述关于烯烃类单体以水乳液形式进行聚合。1940,已经出现了大量的关于乳液聚合的文献和专利。1945前后,乳液聚合研究达到高潮,代表性人物Smith、Harkins和Ewart,定性和定量地阐述乳液聚合机理。我国乳液聚合研究与小规模工业化生产开始于20世纪50年代中后期,大规模乳液聚合生产装置建立于60年代。发展简史第2页,讲稿共56张,创作于星期一乳液聚合的基本概念乳液聚合的基本概念(3)反应生成
2、了固态高聚物分散在水中的乳状液,固体微粒的粒径在1微米以下,静置时不沉降。(1)简单而言,乳液聚合是单体和水在乳化剂作用下形成的乳状液中进行聚合反应的一种聚合物生产方法。反应体系主要由单体、水、乳化剂、引发剂和其它助剂所组成。(2)目前生产中,乳化剂可以来用阴离子型、阳离子型、非离子型、两性离子型,单体为乙烯基或二烯烃单体烯烃类及其衍生物。第3页,讲稿共56张,创作于星期一乳液聚合方法的优点乳液聚合方法的优点(1)以水作分散介质,价廉安全,比热较高,乳液粘度低,有利于搅拌传热和管道输送,便于连续操作。同时生产灵活,操作方便,可连续可间歇。(2)聚合速率快,同时产物分子量高,可在较低的温度下聚合
3、。(3)可直接应用的胶乳,如水乳漆,粘结剂,纸张、皮革、织物表面处理剂更宜采用乳液聚合。乳液聚合物的粒径小。(4)不使用有机溶剂,干燥中不会发生火灾,无毒,不会污染大气。第4页,讲稿共56张,创作于星期一乳液聚合方法的缺点乳液聚合方法的缺点(1)需固体聚合物时,乳液需经破乳、洗涤、脱水、干燥等工序,生产成本较高。(3)聚合物分离需加破乳剂,如盐溶液、酸溶液等电解质,因此分离过程较复杂,并且产生大量的废水;如直接进行喷雾干燥需大量热能;所得聚合物的杂质含量较高。(2)产品中残留有乳化剂等,难以完全除尽,有损电性能、透明度、耐水性能等。第5页,讲稿共56张,创作于星期一工业上典型的乳液聚合生产工艺
4、流程图工业上典型的乳液聚合生产工艺流程图工业上典型的乳液聚合生产工艺流程图工业上典型的乳液聚合生产工艺流程图1 1乳液聚合生产的合成树脂有:聚氯乙烯及其共聚物、聚醋酸乙烯及其共聚物、聚丙烯酸酯类共聚物等。乳液聚合生产的合成橡胶:丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶等。第6页,讲稿共56张,创作于星期一工业上典型的乳液聚合生产工艺流程图工业上典型的乳液聚合生产工艺流程图工业上典型的乳液聚合生产工艺流程图工业上典型的乳液聚合生产工艺流程图2 2第7页,讲稿共56张,创作于星期一乳液聚合法生产的高聚物主要品种和聚合条件乳液聚合法生产的高聚物主要品种和聚合条件第8页,讲稿共56张,创作于星期一2.表面活性剂与
5、乳化剂表面活性剂与乳化剂气体液体表面张力表面张力(气气-液界面液界面)界面张力界面张力(液液-液界面液界面)液体1液体2(1)表面张力和界面张力表面张力和界面张力两相之间位于表界面上的分子受到内层同种分子的作用力大于所受外两相之间位于表界面上的分子受到内层同种分子的作用力大于所受外层异种分子的作用力,在两相的界面上表现有层异种分子的作用力,在两相的界面上表现有表、界面张力。第9页,讲稿共56张,创作于星期一某些液体的表面张力某些液体的表面张力(20oC)表面张力和界面张力表面张力和界面张力单位是 N/m或mN/m。第10页,讲稿共56张,创作于星期一某些液体对水的界面张力某些液体对水的界面张力
6、表面张力和界面张力表面张力和界面张力单位是 N/m或mN/m。第11页,讲稿共56张,创作于星期一自然自然自然自然报道化学所揭示水黾在水上行走的奥秘报道化学所揭示水黾在水上行走的奥秘报道化学所揭示水黾在水上行走的奥秘报道化学所揭示水黾在水上行走的奥秘仅仅一条腿在水面的最大支持力就达到了其身体总重量的仅仅一条腿在水面的最大支持力就达到了其身体总重量的1515倍。倍。中科院化学所江雷研究员课题组在仿生研中科院化学所江雷研究员课题组在仿生研究领域取得了新进展。揭示了昆虫水黾为究领域取得了新进展。揭示了昆虫水黾为何能够毫不费力地站在水面上,并能快速何能够毫不费力地站在水面上,并能快速地移动和跳跃?地移
7、动和跳跃?水黾脚和后脚特别细长,长着许多直径为纳米量级的细毛,具有疏水性,水黾脚和后脚特别细长,长着许多直径为纳米量级的细毛,具有疏水性,利用水的表面张力,使它们能在水面上自由行走、快速滑移和跳跃。利用水的表面张力,使它们能在水面上自由行走、快速滑移和跳跃。第12页,讲稿共56张,创作于星期一溶质溶于水中,所得溶液表面张力变化大致可分为:(II)表面张力随溶质浓度的增加逐渐降低:醇、醛、酮等可溶于水的有机化合物。(III)表面张力随溶质浓度增加而急剧降低,达一定值后,浓度再增加表面张力变化很小,这类化合物叫做表面活性剂表面活性剂。(I)表面张力增加:无机盐类及蔗糖、甘露醇等多羟基化合物。表面张
8、力-浓度曲线示意图另外,表面活性剂对液体的界面张力的影响也极为明显。(2)表面活性剂表面活性剂第13页,讲稿共56张,创作于星期一a.化学结构上的共同特化学结构上的共同特点:分子中都含有亲水和亲油基团亲水和亲油基团。b.在一定浓度范围,表面活性剂溶液的若干性质发生突变,此浓度范围称为表面活性剂的“临界浓度临界浓度”。表面活性剂的特点表面活性剂的特点十二烷基醇硫酸钠溶液性质十二烷基醇硫酸钠溶液性质与临界浓度的关系图与临界浓度的关系图c.表面活性剂降低表面和界面张力的效应要经过一段时间才达到最大效率。CH3(CH2)10CH2OSO3Na亲水基团亲水基团亲油基团亲油基团第14页,讲稿共56张,创作
9、于星期一(3)表面活性剂的基本特征参数表面活性剂的基本特征参数a.HLB值值:亲亲水水亲亲油油平平衡衡值值(Hydrophile-Lipophile Balance)值用来衡量乳化剂分子中亲水部分和亲油部分对其性质所做贡献大小的物理量。HLB值越大表明亲水性越大;反之亲油性越大。第15页,讲稿共56张,创作于星期一某些表面活性剂的某些表面活性剂的HLB值值对于大多数乳化剂来说,对于大多数乳化剂来说,HLBHLB值处于值处于l-40l-40之间。之间。第16页,讲稿共56张,创作于星期一两种乳化剂混合使用时,混合乳化剂的两种乳化剂混合使用时,混合乳化剂的HLBHLB值可按质量平均:值可按质量平均
10、:式中 mA-乳化剂A的质量分数 mB-乳化剂B的质量分数第17页,讲稿共56张,创作于星期一b.CMC值值乳化剂(表面活性剂)溶液某些性质发生突变现象的原因临界浓度下单分子状态溶解或分散于水中达到临界浓度若干个表面活性剂分子聚集形成带有电荷的胶体粒子(胶束),亲油基团靠在一起,而亲水基团向外伸向水中。表面活性剂分子形成胶束时的最低浓度称“临界胶束浓度”(CMC)。第18页,讲稿共56张,创作于星期一从结构而言,疏水基越大,则从结构而言,疏水基越大,则CMC值越小。值越小。某些表面活性剂的临界胶束浓度某些表面活性剂的临界胶束浓度(在在50oC纯水纯水)第19页,讲稿共56张,创作于星期一c.浊
11、点和三相点浊点和三相点非离子表面活性非离子表面活性剂被加热到一定温度,溶液由透明变为浑浊,出现此现象时的温度称为浊点浊点(Cloud Point),乳液聚合在浊点以下进行。离子型乳化剂离子型乳化剂在一定温度下会同时存在乳化剂真溶液、胶束和固体乳化剂三相态,此温度点称三相点三相点。乳液聚合在三相点以上进行。第20页,讲稿共56张,创作于星期一(4)表面活性剂的类别表面活性剂的类别一种离子型表面活性剂是阳离子型还是阴离子型,决定于和亲油基一种离子型表面活性剂是阳离子型还是阴离子型,决定于和亲油基一种离子型表面活性剂是阳离子型还是阴离子型,决定于和亲油基一种离子型表面活性剂是阳离子型还是阴离子型,决
12、定于和亲油基团相结合的团相结合的团相结合的团相结合的亲水基团的电荷亲水基团的电荷亲水基团的电荷亲水基团的电荷。十六烷基磺酸钠 Cl6H33-SO3-Na+十八胺盐酸盐 C18H37-NH3+CI-阴离子型阳离子型第21页,讲稿共56张,创作于星期一a.阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂应用最广泛,通常是在pH7的条件下使用。n 22,亲油基团过大,不能分散于水中。RCnH 2n+1第22页,讲稿共56张,创作于星期一b.阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂主要是胺类化合物的盐,通常要在pH7的条件下使用。缺点:胺类化合物有阻聚作用或易于发生副反应,乳化能力不足。脂肪胺盐,如 RNH2HCl(RNH3
13、+Cl-)RNH(CH3)HCl季胺盐如 RN+(CH3)2CH2C6H5Cl-R基团中的碳原子数最好为12-18。第23页,讲稿共56张,创作于星期一特点:极性基团兼有阴、阳离子基团,在任何pH条件下都有效。用离子型表面活性剂生产的胶乳机械稳定性高;但对酸碱盐等的化学稳定性较差。氨基酸、羧酸类如 RNH-CH2CH2COOH硫酸酯类如 RCONH-C2H4NHCH2OSO3Hc.两性离子型乳化剂两性离子型乳化剂第24页,讲稿共56张,创作于星期一I.聚氧乙烯聚氧乙烯PEO的烷基或芳基的酯或醚。的烷基或芳基的酯或醚。R基团C原子数约为8-9n值一般为5-50。d.非离子型表面活性剂非离子型表面
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