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1、聚合物合成工艺学聚合物合成工艺学 主要参考书目：主要参考书目：1.赵德仁等编，高聚物合成工艺学，化学工业出版社，第1版，1981。2.潘祖仁编，高分子化学，化学工业出版社，1986。3.李克友等编，高分子合成原理及工艺学，科学出版社，2001。教材：高聚物合成工艺学，赵德仁，张慰盛编，北京，化教材：高聚物合成工艺学，赵德仁，张慰盛编，北京，化学工业出版社，学工业出版社，1997年年6月，第月，第2版。版。本书共分为三篇，第一篇介绍聚合方法和工艺过程，第二、三篇主要介绍高分子材料领域中重要品种的生产方法、结构、性能与应用等有关的内容，可以全面地了解高分子材料有关知识。高分子化学的发展l高分子概念
2、的提出：高分子概念的提出：1920年年Staudingerl加聚和缩聚合：加聚和缩聚合：1929年年Carothersl活性负离子聚合：活性负离子聚合：1952年年Szwracl配位聚合：配位聚合：1953年年Ziegler-Nattal活性自由基聚合：二十世纪九十年代活性自由基聚合：二十世纪九十年代第一章第一章前前言言高分子材料的发展l从天然橡胶到合成橡胶从天然橡胶到合成橡胶1912年德国化学家霍夫曼人工合成橡胶成功年德国化学家霍夫曼人工合成橡胶成功l从天然纤维到合成纤维从天然纤维到合成纤维l从天然树脂到合成树脂从天然树脂到合成树脂1909年美国贝克兰制成酚醛树脂年美国贝克兰制成酚醛树脂19
3、35年年合成纤维问世（尼龙合成纤维问世（尼龙-66）(美国人卡美国人卡罗泽斯罗泽斯目前：高分子材料品种丰富；应用广泛。目前：高分子材料品种丰富；应用广泛。l第一个人造高分子第一个人造高分子硝酸纤维素（硝酸纤维素（1845、瑞士舍恩拜恩）、瑞士舍恩拜恩）l第一个合成高分子第一个合成高分子酚醛树脂（酚醛树脂（1909、美国贝克兰）、美国贝克兰）l高分子概念的提出高分子概念的提出20世纪世纪20年代（德国施陶丁格）年代（德国施陶丁格）l第一个合成橡胶第一个合成橡胶丁钠橡胶（丁钠橡胶（1910年俄国列别捷夫年俄国列别捷夫）l初期的合成聚合物初期的合成聚合物聚苯乙烯、聚醋酸乙烯酯、有机玻璃等聚苯乙烯、聚
4、醋酸乙烯酯、有机玻璃等（20世纪世纪30年代前）年代前）l加聚产物加聚产物高压聚乙烯，高压聚乙烯，1934年英国福西特和吉布森年英国福西特和吉布森l缩聚产物缩聚产物尼龙和聚酯，尼龙和聚酯，1935年美国卡罗瑟斯（年美国卡罗瑟斯（Dupont)l高分子溶液理论及分子量测定高分子溶液理论及分子量测定50年代，美国弗洛里年代，美国弗洛里l金属有机络合引发剂的发明金属有机络合引发剂的发明50年代，齐格勒年代，齐格勒-纳塔纳塔l工程塑料的出现工程塑料的出现50年代年代l功能高分子材料的出现和应用功能高分子材料的出现和应用l高分子发展的新时代高分子发展的新时代新理论、新方法、新材料和新工艺新理论、新方法、
5、新材料和新工艺l人类进入了高分子的时代人类进入了高分子的时代高分子已成为本世纪最重要的材料产量大、品种多、应用广l聚合物已成为用量最大的材料聚合物已成为用量最大的材料。l高分子材料的品种繁多，可以用于制备性能高分子材料的品种繁多，可以用于制备性能优异的各种制品。优异的各种制品。l高分子材料已应用于国民经济所有的技术领高分子材料已应用于国民经济所有的技术领域和人们的日常生活之中域和人们的日常生活之中1 通用高分子材料l1.性能特点性能特点密度小：聚合物的密度小，仅是金属的密度小：聚合物的密度小，仅是金属的1/10绝缘性好l聚合物的导电性差，聚合物的导电性差，是优良的绝缘体。是优良的绝缘体。如电线
6、绝缘层如电线绝缘层做电气绝缘材料做电气绝缘材料l导电高分子例外导电高分子例外隔热性好l隔热性保暖性好，是隔热性保暖性好，是优良的保温材料。优良的保温材料。化学稳定性好，耐酸碱、耐霉变。阻隔性好（透气、透湿性差）熔融温度低、加工性能好，耐温性差。聚合物的组成简单、结构千变万化l链单元：由相同的结构单元组成，以共价键连结。链单元：由相同的结构单元组成，以共价键连结。每个高分子链包含成百上千个单体分子每个高分子链包含成百上千个单体分子高分子的链的排列、组合形态高分子的链的排列、组合形态（聚集态结构）千变万化。（聚集态结构）千变万化。2.种类l塑料：塑料：l聚乙烯聚乙烯PE、聚丙烯、聚丙烯PP(最轻的
7、最轻的塑料塑料)、聚氯乙烯、聚氯乙烯PVC(通用性通用性强强)、聚苯乙烯、聚苯乙烯PS(富于装饰性富于装饰性)、PMMA和和PC（光学塑料光学塑料）l橡胶：橡胶：l天然橡胶天然橡胶NR、聚丁二烯、聚丁二烯PB（顺丁、中乙烯基、低（顺丁、中乙烯基、低顺丁等）、丁苯橡胶（顺丁等）、丁苯橡胶（S-SBR，E-SBR）、热塑）、热塑性弹性体性弹性体TPE、乙丙橡胶、丁基橡胶、硅橡胶等、乙丙橡胶、丁基橡胶、硅橡胶等l纤维：纤维：l涤纶、尼龙、维尼龙、芳纶等涤纶、尼龙、维尼龙、芳纶等2 新型高分子材料l1.高性能高分子材料高性能高分子材料l(1)工程塑料工程塑料l五大工程塑料：五大工程塑料：l聚酰胺聚酰胺
8、PA、聚甲醛、聚甲醛POM、聚碳酸酯聚碳酸酯PC、改性聚苯醚、改性聚苯醚、热塑性聚酯热塑性聚酯l特种工程塑料：特种工程塑料：l聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚砜、聚醚砜醚酮、聚砜、聚醚砜l性能特点：性能特点：l与通用塑料相比：耐热性优良、抗拉、抗与通用塑料相比：耐热性优良、抗拉、抗弯和抗冲击强度高，不易变形弯和抗冲击强度高，不易变形l与金属相比：密度低、比强度高、电气绝与金属相比：密度低、比强度高、电气绝缘性能优良、耐磨、减摩性好、吸震、消缘性能优良、耐磨、减摩性好、吸震、消声性能优异；耐化学品腐蚀、成型加工和声性能优异；耐化学品腐蚀、成型加工和成本较低等。成本较低等。
9、l用途：耐热、高比强和耐磨的轻型材料用途：耐热、高比强和耐磨的轻型材料l(2)高强度、高模量高分子材料高强度、高模量高分子材料l超细超细PE纤维：纤维：270GPal聚对亚苯基苯并噻唑聚对亚苯基苯并噻唑PPBTl碳纤维碳纤维l(3)高性能增强用有机纤维高性能增强用有机纤维l芳纶芳纶l(4)高分子合金高分子合金l第一代：高抗冲聚苯第一代：高抗冲聚苯乙烯乙烯HIPSl第二代：苯乙烯第二代：苯乙烯-丁丁二烯二烯-丙烯腈丙烯腈ABSl第三代：超韧品种，第三代：超韧品种，工程塑料合金，分子工程塑料合金，分子复合材料等复合材料等2 功能高分子材料l(1)化学功能化学功能l离子交换树脂、螯合树脂、感光树脂、
10、氧化还原离子交换树脂、螯合树脂、感光树脂、氧化还原树脂、高分子试剂、高分子催化剂。树脂、高分子试剂、高分子催化剂。l(2)物理功能物理功能l导电性高分子、高介电性高分子、高分子光电导导电性高分子、高介电性高分子、高分子光电导体、电磁性高分子体、电磁性高分子l(3)介于化学与物理功能之间介于化学与物理功能之间l高吸水高分子、高分子染料、高分子稳定剂、高高吸水高分子、高分子染料、高分子稳定剂、高分子相容剂、高分子功能膜、高分子功能电极分子相容剂、高分子功能膜、高分子功能电极离子交换l原理：通过离子交换除去水中的重离子原理：通过离子交换除去水中的重离子主要用于锅炉水软化和电子工业超纯水制备,能去离子
11、，但不能去除细菌离子交换树脂和离子交换膜高分子催化剂：酯化反应催化剂n 可以代替硫酸，做酯化反应的催化剂，反应结束后，通过简单的过滤，就能同产物分离。二、固定化酶l酶是一种生物催化剂，酶是一种生物催化剂，优点：催化效率高，专一性强，反应条件温和，活性优点：催化效率高，专一性强，反应条件温和，活性可调。可调。缺点：容易失活，对环境敏感，缺点：容易失活，对环境敏感，同产物分离困难同产物分离困难。l解决途径：将其固定在高分子链上，可提高酶的解决途径：将其固定在高分子链上，可提高酶的活性和使用寿命。活性和使用寿命。l用途：用途：酶电极酶电极海藻酸钠凝胶海藻酸钠凝胶+过氧化酶，用于催化氧化含酚废水。过氧
12、化酶，用于催化氧化含酚废水。感光树脂l重铬酸盐（光敏剂）重铬酸盐（光敏剂）+聚乙烯醇聚乙烯醇重铬酸盐具有感光性，受光照时，使重铬酸盐具有感光性，受光照时，使PVA交联交联缺点：铬盐有毒，对环境有污染，保存性差。缺点：铬盐有毒，对环境有污染，保存性差。l重氮盐（光敏剂）重氮盐（光敏剂）+聚乙烯醇聚乙烯醇无毒，制版图像清晰，无毒，制版图像清晰，保存期长。保存期长。l光聚合型感光树脂。如丙烯酸酯类。光聚合型感光树脂。如丙烯酸酯类。感光树脂与光刻胶不溶部分的图像：同底片相反 同底片相同光刻图形的原子力（AFM）照片光刻胶（负胶）光照时交联(1)环化橡胶型光刻胶环化橡胶型光刻胶橡胶在环化剂作用下形成的一
13、种环化结构的产物。橡胶在环化剂作用下形成的一种环化结构的产物。感感光光时时，在在交交联联剂剂双双叠叠氮氮化化合合物物作作用用下下发发生生交交联联，成为不溶性高聚物。成为不溶性高聚物。负胶(2)肉桂酸酯类的光刻胶肉桂酸酯类的光刻胶特点：分辨率高。感光速度快。特点：分辨率高。感光速度快。主要品种：主要品种：聚乙烯醇肉桂酸酯光刻胶；聚乙烯醇肉桂酸酯光刻胶；聚乙烯氧乙基肉桂酸酯光刻胶聚乙烯氧乙基肉桂酸酯光刻胶在在紫紫外外光光照照射射下下，肉肉桂桂酸酸上上的的不不饱饱和和双双键键会会打打开开，形成交联结构。形成交联结构。肉桂叉二酯光刻胶肉桂叉二酯光刻胶正胶(3)邻重氮萘醌型光刻胶（正胶）邻重氮萘醌型光刻
14、胶（正胶）l在紫外线照射下，聚合物分子中的重氮键分解成为在紫外线照射下，聚合物分子中的重氮键分解成为可溶性树脂。可溶性树脂。l特点：分辨率高，线条整齐。特点：分辨率高，线条整齐。脱氮分解超强吸水性树脂l常用吸水性材料。常用吸水性材料。纤维类物质纤维类物质，如：脱脂棉，毛巾，抹布，卫生纸、，如：脱脂棉，毛巾，抹布，卫生纸、尿布等尿布等水凝胶：水凝胶：凉粉、明胶、琼脂、等凉粉、明胶、琼脂、等干燥剂：干燥剂：硅胶、氯化钙、氧化钙、活性碳、分子筛、硅胶、氯化钙、氧化钙、活性碳、分子筛、硫酸等硫酸等吸水效率仅几倍到几十倍吸水效率仅几倍到几十倍l超强吸水性树脂，吸水性强，达超强吸水性树脂，吸水性强，达10
15、002000倍。倍。而且保水性特别强。而且保水性特别强。树脂吸水性高的原因l树脂必须是亲水的，含有大量能吸水的基团，树脂必须是亲水的，含有大量能吸水的基团，如如OH，NH2或或COONa等。等。主要原料：淀粉，纤维素，聚丙烯酸盐等。主要原料：淀粉，纤维素，聚丙烯酸盐等。但亲水性太强树脂会溶解在水中。但亲水性太强树脂会溶解在水中。l具有交联结构。具有交联结构。可以防止亲水性树脂溶解在水中。可以防止亲水性树脂溶解在水中。形成网状结构，有利于提高树脂的吸水形成网状结构，有利于提高树脂的吸水性。性。交联度太高，吸水性会降低。交联度太高，吸水性会降低。树脂吸水机理亲水聚合物吸水后网状结构张开容纳大量的水
16、超强吸水性树脂的用途l医用：吸水药棉、卫生巾、尿不湿医用：吸水药棉、卫生巾、尿不湿l农用：吸水保水、改造沙漠。农用：吸水保水、改造沙漠。l工业：吸水剂工业：吸水剂l建筑：防水涂料、堵漏剂。建筑：防水涂料、堵漏剂。l防洪抗涝：代替砂包防洪抗涝：代替砂包l食品工业：食品吸水食品工业：食品吸水防汛袋使用方法l整个防汛阻水袋自重约，使用时，只需整个防汛阻水袋自重约，使用时，只需将产品浸泡水中或直接在产品上淋水，将产品浸泡水中或直接在产品上淋水，内部填充物的体积和重量能够在内部填充物的体积和重量能够在24分分钟内迅速增加钟内迅速增加80倍以上。倍以上。l注意：要用淡水，不能用盐水。注意：要用淡水，不能用
17、盐水。质子交换膜燃料电池n在负极侧(氢极)，催化剂(铂金)使氢离子化，成为易于反应的H+离子。n在正极侧(氧极)，H+离子通过电解液(如KOH)输送到正极，并与正极上的氧分子结合，形成水。n被分离开的电子经过外部电路移到正极上，形成电流。质子交换膜材料 DuPont全氟磺酸膜Nafion，800$/m2NafionR 全氟磺酸膜（Du Pont)燃料电池应用燃料电池l对燃料电池用作汽车能源的基本要求：对燃料电池用作汽车能源的基本要求：成本：低于成本：低于50美元美元/1KW时时行驶公里：几百公里行驶公里：几百公里l目前水平：目前水平：丰田：最远行驶距离：丰田：最远行驶距离：100km奔驰：最高
18、时速：奔驰：最高时速：150km/h微孔膜的结构皮层皮层过渡层过渡层支撑层支撑层无纺布无纺布反渗透膜的断面照片指状孔指状孔海绵状孔海绵状孔其他微孔膜制净水的方法l纳滤、超滤和微滤纳滤、超滤和微滤微滤微滤可去除水中的微生物和细菌，操作压力超滤超滤可去除水中的细菌和病毒，操作压力纳滤纳滤：可去除水中的细菌、病毒和有机物，操作压力l3.生物医用高分子材料生物医用高分子材料l人工器官用高分子材料人工器官用高分子材料l控制药物释放的高分子材料（缓释、定点控制药物释放的高分子材料（缓释、定点释放）释放）l仿生高分子材料仿生高分子材料l4.树脂基复合材料树脂基复合材料l第一代：玻璃纤维增强第一代：玻璃纤维增
19、强l第二代：碳纤维第二代：碳纤维3高分子材料应用举例A、种田不靠天,作物得高产l塑料农用薄膜塑料农用薄膜塑料温室，塑料温室，大棚，地膜等大棚，地膜等l作物生长期缩短，不受季节作物生长期缩短，不受季节影响；影响；l产量增加；产量增加；l抑止杂草生长，减少病虫害抑止杂草生长，减少病虫害l蔬菜供应得到保障蔬菜供应得到保障农用塑料大棚农用塑料大棚B、打鱼不晒网,鱼儿愿上钓过去：三天打渔、两天晒网过去：三天打渔、两天晒网l天然纤维渔网：天然纤维渔网：吸水性强，易发霉，易腐蚀吸水性强，易发霉，易腐蚀强度差，不透明强度差，不透明l合成纤维渔网：合成纤维渔网：不吸水，不会发霉，耐腐蚀不吸水，不会发霉，耐腐蚀强
20、度高，透明或不透明强度高，透明或不透明劳动强度减轻产量增加C、机器不加油,车间静悄悄用尼龙、聚甲醛等塑料制齿轮、活塞用尼龙、聚甲醛等塑料制齿轮、活塞摩擦系数小、自润滑性好，噪声小。摩擦系数小、自润滑性好，噪声小。随身听全塑机芯织布车间D、人造器官拯救千百万患者的生命人工心人工心人工肺人工肺E、计算机越做越小、越做越快面积减小34万倍,速度提高48万倍第一台第一台:面积面积:170m:170m2 2运算速度：运算速度：5,000 5,000次次/秒秒P4P4面积面积:50cm:99%)。单体贮存注意：a.防止单体与空气接触产生爆炸、产生过氧化物。b.提供可靠的措施，保证在任何情况下贮罐不会产生过
21、高的压力，以免贮罐爆破。贮存气体状态单体的贮罐应当是耐压容器。贮罐还应当远离反应装置，以减少着火危险。c.防止有毒易燃的单体泄漏出贮罐、管道和泵等输送设备。d.防止单体贮存中发生自聚现象，必要时应当添加阻聚剂。使用时用NaOH洗涤。(2)催化剂催化剂(或引发剂或引发剂)配制过程配制过程常用的引发剂是过氧化物和偶氮化合物，过硫酸盐等。常用的催化剂是烷基金属化合物(如烷基铝，烷基锌等)，金属卤化物(如TiCl4，TiCl3等)以及路易士酸(例如BF3、SnCl4，FeCl3等)。多数引发剂受热后有分解爆炸的危险，干燥、纯粹的过氧化物易分解。因此工业上过氧化物采用小包装，贮存在低温环境中，并且防火，
22、防撞击。常用的催化剂烷基金属化合物很危险，易遇空气燃烧或遇水爆炸。金属卤化物易水解生成腐蚀气体。(3)聚合过程聚合过程高分子化合物的平均分子量、分子量分布以及其结构对高分子合成材料的物理机械性能产生重大影响，并且生产出来的成品不易进行精制提纯，因此对聚合工艺条件和设备的要求很严格：(a)要求单体高纯度，所有分散介质(水、有机溶剂)和助剂的纯度都有严格要求。(b)反应条件的波动与变化，将影响产品的平均分子量与分子量分布，需要采用高度自动化控制。(c)对十大多数合成树脂的聚合生产设备，在材质方而要求不污染聚合物。自由基聚合实施方法所用原材料及产品形态自由基聚合实施方法所用原材料及产品形态自由基聚合
23、方法：本体聚合、乳液聚合、悬浮聚合、溶液聚合。离子聚合及配位聚合实施方法主要有本体聚合、溶液聚合两种方法。在溶液聚合方法中，如果所得聚合物在反应温度下不溶于反应介质中而称为淤浆聚合。离子聚合及配位聚合实施方法所用原材料和产品形态离子聚合及配位聚合实施方法所用原材料和产品形态聚合物在聚合反应器中分批生产的，当反应达到要求的转化率时，将聚合物从聚合反应器中卸出。进料进料反应反应出料出料清理清理a.不易实现操作过程的全部自动化，每一批产品的规格难以控制严格一致。b.反应器单位容积单位时间内的生产能力受到影响，不适于大规模生产。c.优点：反应条件易控制，便于改变工艺条件。所以灵活性大，适于小批量生产，
24、容易改变品种和牌号。间歇聚合间歇聚合间歇聚合的特点：间歇聚合的特点：单体和引发剂（催化剂）等连续进入聚合反应器，反应得到的聚合物连续不断地流出聚合反应器。目前只有悬浮聚合方法尚未实现大规模连续生产。连续聚合连续聚合a.聚合反应条件是稳定的，容易实现操作过程的全部自动化，机械化，所得产品的质量规格稳定。b.设备密闭，减少污染，适合大规模生产，劳动生产率高，成本较低。c.缺点：不宜经常改变产品牌号，所以不便小批量生产。连续聚合特点：连续聚合特点：进行聚合反应的设备叫做聚合反应器。根据聚合反应器的形状主要分为管式、塔式和釜式聚合反应器，此外尚有特殊形式的聚合反应器例如螺旋挤出机式反应器、板框式反应器
25、等。搅拌聚合釜的结构示意图搅拌聚合釜的结构示意图聚合反应器聚合反应器聚合反应是放热反应，生产过程为控制产品平均分子量，要求反应体系温度变化小。各种单体的聚合热（千卡各种单体的聚合热（千卡/克分子）克分子）如何有效的排除聚合反应热，保持反应温度釜式聚合反应器的排热方式主要有：夹套冷却；夹套附加内冷管冷却，内冷管冷却；反应物料釜外循环冷却，回流冷凝器冷却；反应物料部分闪蒸，反应介质预冷。反应物料在反应初期都是易流动液体状态或气体。高分子合成工业中聚合反应器中的物料形态可归纳为：(a)高粘度熔体(均相)熔融缩聚、本体聚合。(b)高粘度溶液(均相)自由基溶液聚合、离子及配位溶液聚合、溶液缩聚。(c)固
26、体微粒-液体分散体系(非均相)自由基悬浮聚合、离子及配位溶液聚合、溶液缩聚。(d)胶体分散液(非均相)自由基乳液聚合。(e)粉状固体(非均相)自由基本体聚合、离子配位本体聚合。(f)固体制品(本体浇铸聚合)。为使釜式聚合反应器中的传质、传热过程正常进行，聚合釜中必须安装搅拌器。搅拌器搅拌器螺带式螺轴式桨式涡轮式推进器式锚式涡轮式平桨式和锚式螺带式粘度(4)分离过程分离过程聚合反应得到的物料，多数情况下含有未反应的单休、催化剂残渣、反应介质(水或有机溶剂)等。从聚合物中分离未反应的单体还具有消除环境污染的意义。(b)乳液聚合得到的浓乳液或溶液聚合得到的聚合物溶液如果直接用作涂料、粘合剂，也不需要
27、经过分离过程。(a)本体聚合与熔融缩聚得到的高粘度熔体不含有反应介质，如果单体几乎全部转化为聚合物，通常不需要经过分离过程。如果要求生产高纯度聚合物，应当采用真空脱除单体法。(c)自由基悬浮聚合得到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。脱除未反应单体用闪蒸(迅速减压)的方法，对于沸点较高的单体则进行水蒸汽蒸馏，使单体与水共沸以脱除。(d)离子聚合与配位聚合反应得到的如果是固体聚合物在有机溶剂中的淤浆液，但是通常含有较多的未反应单体和催化剂残渣。因此要首先进行闪蒸以脱除未反应单体。如果催化剂是低效的，则应当进行脱除。用醇破坏金属有机化合物，然后用水洗涤以溶解金属盐和卤化物。
28、(e)自由基溶液聚合或离子和配位聚合得到的高粘度溶液。合成树脂加入非溶剂中粉状固体析出纤维状产品合成橡胶喷入沸腾的热水中同时进行强烈搅拌以直径l0-20mm的胶粒析出(f)胶体分散体系的固体颗粒不能用过滤，而采用喷雾干燥方法。(5)聚合物后处理过程聚合物后处理过程(a)工业采用的合成树脂干燥主要是气流干燥和沸腾干燥。当合成树脂含水时，通常用热空气作为载热体进行干燥；当含有机溶剂时，则用加热的氮气干燥。(b)添加稳定剂(热、光稳定剂)、润滑剂、着色剂等组分。(c)在密炼机中或专用混炼机中进行混炼使添加剂与树脂充分混合。然后送入挤塑机中挤出为条状固体物，再经切粒机切成一定形状和大小的粒状塑料。合成
29、树脂后处理过程合成树脂后处理过程(d)进行均匀化混合后包装作为商品出厂。气流、沸腾干燥流程气流、沸腾干燥流程合成橡胶后处理过程合成橡胶后处理过程(a)采用箱式干燥机或挤压膨胀干燥机进行干燥。(b)充分干燥并冷却后压制25 kg大块，包装为商品。(6)回收过程回收过程(I)合成树脂生产中回收的溶剂。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(例如聚丙烯生产中得到的无规聚合物)，回收过程复杂。(II)合成橡胶生产中回收的溶剂。这些溶剂是在橡胶凝聚釜中同水蒸汽一同蒸出的，含有可挥发的单体和终止剂如甲醇等。经冷凝后，水与溶剂通常形成二层液相
30、。然后用精馏的方法使单体与溶剂分离，一些高沸点物则作为废料处理。(III)合成树脂与合成橡胶的生产过程在上述各过程中的前三种过程和溶剂回收过程差别小，生产上的主要差别表现在分离过程和后处理过程差异很大。高压聚乙烯生产流程图高压聚乙烯生产流程图8 8 生产流程评价和新工艺、新产品的开发生产流程评价和新工艺、新产品的开发1.生产流程评价生产流程评价现代化的大规模生产装置基本是连续生产。连续生产的生产流程对于生产技术和设备的要求较高。间歇生产方式中某一工序发生故障对于整个生产装置的影响小。高分于化合物生产流程的评价还要从以下各方面进行考查：(1)产品性能的考查(2)原料路线的考查(3)能量消耗与利用
31、的考查(4)生产技术水平的考查2.聚合方法的选择聚合方法的选择高分子化合物工业生产中同一种聚合物可以用几种不同的聚合方法进行生产。聚合方法的选择取决于聚合物性质。相同性能的产品，产品质量好，设备投资少，生产成本低的方法将得到发展。其他方法则逐渐被淘汰。例如：聚氯乙烯树脂的生产工艺溶液聚合方法乳液聚合方法悬浮聚合方法本体聚合方法原始颗粒粒径只有1微米左右，适于生产聚乙烯糊。3.生产工艺的改革生产工艺的改革同一种生产方法由于引发剂成催化剂的改进可以大大缩短聚合反应时间或简化生产过程，从而增加产量，降低成本。例，高密度聚乙烯的生产，早期用的催化剂效率低，每克催化剂仅可得聚乙烯数千克，生产工艺复杂。高
32、效催化剂每克催化剂仅可得聚乙烯最高者甚至达到几百万克，简化了生产工序。近来又开发了乙烯气相聚合的方法，进一步革除了溶剂，更加简化了生产工序。高高密密度度聚聚乙乙烯烯生生产产过过程程比比较较开发高分子合成材料新产品大致步骤开发高分子合成材料新产品大致步骤第一次评价第一次评价第二次评价第二次评价通用塑料：25-250 kg通用橡胶：100-1000 kg合成纤维：500-2000 kg4.新产品的开发新产品的开发9 9 高分子合成工业的三废处理与安全高分子合成工业的三废处理与安全1.三废来源和处理三废来源和处理废气主要来自气态和易挥发单体积有机溶剂或单体合成过程中使用的气体。粉尘则主要来自聚合后树
33、脂干燥过程。单体污染大气的途径大致有以下方面：a.生产装置密闭性不够而造成泄漏；b.清釜操作中或生产间歇中聚合釜内残存的单体浓度过高；c.干燥过程中聚合物残存的单体逸入大气中。高分子合成工厂中污染水质的废水，主要来源于聚合物分离和洗涤操作排放的废水和清洗设备产生的废水。2.生产安全生产安全高分子合成工厂中最易发生的安全事故是引发剂、催化剂、易燃单体、有机溶剂引起的燃烧与爆炸事故。可燃气体、液体的蒸气或有机固体与空气混合时，当达到一定的浓度范围，遇火花就会引起激烈爆炸。例如乙烯的爆炸极限是(下限)和(上限)。高分子合成工业所用的化学品、单体、溶剂、聚合用助剂、加工助剂等，有些已知为剧毒品、致癌物
34、质、具腐蚀性、可长期积累中毒等。10 10 废旧高分子材料的回收利用废旧高分子材料的回收利用制制约约因因素：素：解解决决途途径：径：（1）延长使用寿命：减少废弃）延长使用寿命：减少废弃（2）回收利用：低性能应用；降解）回收利用：低性能应用；降解（3）自然降解：自然分解回归自然）自然降解：自然分解回归自然高分子制品废弃后对环境的污染高分子制品废弃后对环境的污染“在人类历史上在人类历史上,几乎没有什么科学技术象高分子科学这样对几乎没有什么科学技术象高分子科学这样对人类社会做出如此巨大的贡献人类社会做出如此巨大的贡献.”.”从上世纪六十年代开始，塑料从上世纪六十年代开始，塑料(主要指聚乙烯、聚丙烯、
35、聚氯乙主要指聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯烯、聚苯乙烯)进入广泛实用阶段。由于塑料具有很多优点：它进入广泛实用阶段。由于塑料具有很多优点：它取材容易，价格低廉，加工方便，质地轻巧，因此塑料一问世，取材容易，价格低廉，加工方便，质地轻巧，因此塑料一问世，便深受欢迎，它迅速渗入到社会生活的方方面面，塑料被制成碗、便深受欢迎，它迅速渗入到社会生活的方方面面，塑料被制成碗、杯、袋、盆、桶、管等。创造了巨大的社会和经济效益。塑料被杯、袋、盆、桶、管等。创造了巨大的社会和经济效益。塑料被列为列为2020世纪最伟大的发明之一，塑料的普及被誉为世纪最伟大的发明之一，塑料的普及被誉为白色革命白色革命。随着塑
36、料产量不断增大，成本越来随着塑料产量不断增大，成本越来越低，我们用过的大量农用薄膜、越低，我们用过的大量农用薄膜、包装用的塑料袋和一次性塑料餐具包装用的塑料袋和一次性塑料餐具在使用后被抛弃在环境中，给景观在使用后被抛弃在环境中，给景观和环境带来很大破坏。由于塑料包和环境带来很大破坏。由于塑料包装物大多呈白色，它们造成的环境装物大多呈白色，它们造成的环境污染被称为污染被称为白色污染白色污染。1.塑料的贡献与白色污染塑料的贡献与白色污染(1)作为材料再生循环利用。(2)作为化学品循环利用。A.解聚、水解等方法降解为单体、低分子量化合物。B.裂解为燃料油品。废旧塑料的油化工艺过程废旧塑料的油化工艺过
37、程(3)作为能源回收利用。2.废旧塑料回收废旧塑料回收废旧轮胎的催化裂化工艺过程废旧轮胎的催化裂化工艺过程3.废旧橡胶回收废旧橡胶回收4.光与生物双降解塑料光与生物双降解塑料在使用后需要有足够的紫外光作用。地膜仅其曝光面能降解，而压土部分难以降解。光降解速度受到地理、环境、气候等因素的制约。光降解塑料不足生物降解塑料不足加入天然高分子物质后，会影响塑料的物理机械性能。全生物降解高分子材料制造困难，价格昂贵。一定要接触土壤，在一定温湿度条件下才能加快降解。将两种材料各取所长，互相弥补。光光/生物降解地膜生物降解地膜刀叉勺、吸管等刀叉勺、吸管等各种购物袋各种购物袋深圳绿维公司生产的光降解、光/生物
38、双降解塑料制品第一章思考题第一章思考题1.简述高分子化合物的生产过程。（教材简述高分子化合物的生产过程。（教材P7-8）2.比较连续生产和间歇生产工艺的特点。比较连续生产和间歇生产工艺的特点。（教材（教材P11）3.合成橡胶和合成树脂生产中主要差别是那两个过程，试比较合成橡胶和合成树脂生产中主要差别是那两个过程，试比较它们在这两个生产工程上的主要差别是什么？。它们在这两个生产工程上的主要差别是什么？。（教材（教材P13-16）4.简述高分子合成工业的三废来源、处理方法以及如何对废旧简述高分子合成工业的三废来源、处理方法以及如何对废旧材料进行回收利用。材料进行回收利用。（教材（教材P20和和P22）