2022年2022年聚合物合成工艺学_习题指导 .pdf

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1、聚合物合成工艺学习题指导1. 简述高分子材料的主要类型 , 主要品种以及发展方向答: 天然高分子和合成高分子. 天然-棉麻等 ;合成 -塑料橡胶纤维等 . 向耐候性, 耐热性 , 耐水性, 功能性 , 环保性合成高分子发展2. 高分子合成材料的生产过程答: 1）原料准备与精制过程特点: 单体溶剂等可能含有杂质 , 会影响到聚合物的原子量 , 进而影响聚合物的性能 ,须除去杂质意义:为制备良好的聚合物做准备 2）催化剂配制过程特点:催化剂或引发剂的用量在反应中起到至关重要的作用, 需仔细调制 . 意义:控制反应速率,引发反应 3 ）聚合反应过程特点 :单体反应生成聚合物 ,调节聚合物的分子量等

2、, 制取所需产品 意义: 控制反应进程 ,调节聚合物分子量 4 ）分离过程 特点: 聚合物众位反应的单体需回收 , 溶剂, 催化剂须除去意义: 提纯产品 , 提高原料利用率 5）聚合物后处理过程特点:聚合物中含有水等 ; 需干燥 . 意义: 产品易于贮存与运输6） 回收过程 特点:回收未反应单体与溶剂意义:提高原料利用率 , 降低成本 , 防止污染环境3. 简述高分子合成材料的基本原料（即三烯三苯 乙炔）的来源答: 石油化工路线煤炭路线 其他原料路线4. 简述石油裂解制烯烃的工艺过程答: 石油裂解装臵大多采用管式裂解炉.石油裂解过程是沸点在350 C左右的液态烃 , 在稀释剂水蒸气的存在下 ,

3、 于 750-820 高温裂解化为低级烯烃 ,二烯烃的过程5. 画出 C4 馏分制取丁二烯的流程简图,并说明采用两次萃取 . 精馏及简单精馏的目的答: 萃取精馏是用来分离恒沸点混合物或挥发度相近的液体混合物的特殊精名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 10 页 - - - - - - - - - 馏方法 . 以上操作过程目的是为了得 C4馏分中的丁烷 , 丁烯与丁二烯分离 . 简单精馏则是为了出去甲基乙炔 ,2- 顺丁烯 1,2- 丁二烯与高沸点物6. 试述合成

4、高分子材料所用的单体的主要性能, 在贮存 ,运输过程中以及在使用时应注意那些问题?答: 主要性能 :能够发生聚合反应的单体分子应当含有两个或两个以上能够发生聚合反应的活性官能团或原子 , 仅含有两个聚合活性官能度的单体可以生成高分子量的线形结构高分子化合物 , 分子中含有两个以上聚合活性官能度的单体则要求生产分子量低的具有反应活性的聚合物 1）防止与空气接触产生易爆炸的混合物或产生过氧化物2）提供可靠的措施保证在任何情况下贮罐不会产生过高的压力 , 以免贮罐爆炸3）防止有毒易燃的单体泄露出贮罐管道泵等输送设备 4）防止单体贮存过程发张自聚现象,必要时添加阻聚剂5）贮罐应当远离反应装臵以免减少着

5、火危险 6) 为防止贮罐内进入空气高沸点单体的贮罐应当采用氮气保护. 为防止单体受热后产生自聚现象 , 单体贮罐应当防止阳光照射并且采取隔热措施;或安装冷却水管 , 必要时进行冷却 . 7. 自由基集合过程中反应速度和聚合物分子量与哪些因素有关?工艺过程如何调节 ?答: 影响因素 :聚合反应温度 , 引发剂浓度 ,单体浓度 ,链转剂种类和用量 .反应温度的升高 , 所得聚合物的平均分子量降低严格控制引发剂用量, 一般仅为千分之几 ,严格控制反应温度在一定范围内和其他反应条件;选择适当的分子量调节剂并严格控制其用量,由于聚合物品种的不名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -

6、- - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 10 页 - - - - - - - - - 同,采用的控制手段可能各有侧重, 如 PVC 生产中主要定向单体转移 , 而速度与温度无关8. 一苯乙烯的本体聚合为例 , 说明本体聚合的特点答: 预聚合 : 原料苯乙烯自苯乙烯车鉴定师送到苯乙烯贮槽, 在高位槽中进行预聚, 反应温度为 80-100C, 聚合物浓度高 , 预聚温度可提高到115-120C. 而后反应后聚合 ,在聚合塔内再升温,循环反应 , 使发宁完全特点 : 方法较简单 , 相对放热量较大 , 有自动加速效应 , 形成的聚

7、合物分子量分布较宽 , 本体聚合流程短 ,设备少 ,易于连续化 , 生产能力大 ,产品纯度高 , 透明性好 ,此法适合生产板材和其他型材9. 高压聚乙烯分子结构特点是怎么样形成的, 对聚合物的加工性能有何影响?答: 高温状况下 ,PE 分子间的距离缩短 ,且易与自由基碰撞反应 , 很容易发生本分子链转移 ,支链过多 , 这种 PE加工流动性好 ,. 可以采取中空吹塑 , 注塑,挤出成型等加工方法, 具有良好的光学性能 , 强度, 柔顺性, 封合性 ,无毒无味 , 良好的电绝缘性10.试述聚苯乙烯和有机玻璃的优缺点及改型方向.答:St: 尺寸稳定性好 , 收缩率好吸湿性低 ,高折光率 , 易着色

8、 ,导热系数随温度变化而变化, 具有良好的介电性你能和绝缘性, 力学性能优异 ,耐碱、盐酸、磷酸、硼酸等, 易燃烧 , 易发生静电 ,但不耐硝酸 , 不溶于非极性烷烃 , 但易溶于苯 , 甲苯, 二甲苯中 ,耐候性差 , 易发生脆化 . 改性方向 : 高抗冲击性（加入弹性体） ,可发性 PS （加入发泡剂）,与其他单体进行共聚 , 有 AS AAS MBS ABS 等 PMMA: 高透明性 ,无毒无味 , 且耐候性良好 ,优异的无传导性 ,具有独特的电性能 ,耐电弧性及不漏电性能好.缺点 : 力学性能中等 , 表面硬度低 ,名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - -

9、- - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 10 页 - - - - - - - - - 易被划伤 , 具有一定的脆性. 改性: 采用 MMA 与丁二烯共聚 , 具有表面硬度高 ,抗冲击性好 ,MMA与 a-甲基苯乙烯共聚 , 具有很好的加工成型性 . 11.悬浮聚合机械搅拌与分散剂各有什么重要作用, 他们对聚合物颗粒状态有什么影响答:机械搅拌 - 防止两项因密度不同而分层分散剂 -防止粘稠的液滴粘结成大粒子进而防止结块悬浮聚合反应釜中的单体受到搅拌剪切力的作用, 被打碎成带条状 , 再在表面引力作用下形成球状小液滴 , 小液滴在搅拌作

10、用下碰撞而凝结成大液滴, 重新被打碎成小液滴, 而处于动态配横. 12.悬浮聚合与本体聚合相比有那些特点?答:1) 以水为分散介质 , 价廉 ,不需回收安全 ,易分离 .2 ）悬浮聚合体粘度低 ,温度易控制,3 ）颗粒形态较大 , 可以制成不同粒径的粒子4）需要一定的机械搅拌和分散剂 5）产品不如本体聚合纯净 13.均相与非均相粒子状态有什么区别, 他们是怎么形成的 .均相粒子 : 透明的圆球状 ,生成的聚合物可溶于单体液滴, 形成粘稠液体粘度随转化率上升而上升, 当单体转化率上升到一定程度 , 聚合物占优势后 , 逐渐转变为透明的圆球状颗粒. 非均相粒子 : 不透明不规整, 当生成的聚合物不

11、溶于单体液滴, 则链增长到一定程度时就会有沉淀析出,生成初级粒子, 然后聚集成次级粒子 , 为非均相相成核13.紧密型与疏松型颗粒的PVC 有何区别 ?这些区别是如何形成的 ?答:XJ- 规整的圆球状 ;XS-多孔性不规则颗粒 .所选用的分散剂不同 , 疏松型的 PVC 树脂吸收增塑剂的速度明显高于紧密型. 紧密型采用明胶为分散剂 , 疏松型采用适当水名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 10 页 - - - - - - - - - 解度的聚乙烯醇和水溶性纤维素

12、醚 . 14.常用的悬浮剂有哪些类型 ,各有什么特点 ?答: 1） 水溶性高分子分散剂 :高分子保护胶的作用在于两液滴之间形成高分子保护膜层 , 从而阻止了两液滴凝结 ; 保护明胶被液滴表面吸附而产生定向排列,产生空间位阻作用 .2）无机粉状分散剂 :在液滴表面形成物理保护层, 且颗粒越细越稳定 , 可在高温下使用, 可用稀酸除去. 15.悬浮聚合中主要物系组成及其作用答:物系组成 : 悬浮聚合是多相聚合体系 ,其中聚合体系由单体分散相（简单单体相）和水连续相（水相）组成 .单体想主要由单体引发剂组成, 必要时还有调节剂和其他一些特定的配合剂. 单体作为反应原料引发剂 , 诱导使反应进行 .

13、其他组分如调节剂 , 发泡剂等来调节性能 . 水溶液相主要由水 , 分散剂及其他助剂所组成. 用来对水质控制酸碱度,硬度,氯离子含量及机械杂质等 . 16.简述 PVC 悬浮聚合工艺过程答:首先将去离子水 , 分散剂及除引发剂以外的各种助剂, 经计量后加于聚合反应釜中 , 然后加剂量的氯乙烯单体 , 升温至规定的温度 . 加入引发剂溶液或分散液, 聚合反应随时开始 ,夹套同低温水进行冷却 , 在聚合反应激烈阶段应通5C 以下的低温水 , 严格控制反应温度波动不超过正负 0.2C.当反应釜压力下降至规定值后结束反应, 方法为链终止剂 ,然后进入单体回收 , 干燥, 筛选出去大颗粒后 , 包装得产

14、品 . 17.试述悬浮聚合中主要影响因素有那些?（悬浮聚合中影响颗粒大小及其分名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 10 页 - - - - - - - - - 布）答:反应器几何形状的影响; 操作条件的影响 ;材料因素 -如两相液滴动力粘度,密度和表面张力等; 分散剂 . 18. 苯乙烯悬浮聚合有两种工艺: 即高温聚合和低温聚合, 分析对比两种方法的配方及工艺过程答:高温 :ST（100）去离子水（ 140-160）NaCO3 （10% ）MgSO4(16%)

15、0.12苯乙烯-马来酸酐共聚物钠盐 0.12 2,6- 叔丁基对苯酚 0.025. 工艺过程 :ST 高温悬浮聚合在釜式压力反应器中间歇操作 ,初始反应 T为 80C,逐渐升温到 140 , 反应 t 为 5-24H,然后酸洗 ,再经离心分离 , 脱水干燥, 添加必要的助剂后制成成品料粒低温 : 苯乙烯 100; 过氧化异丙苯 0.8;石油 , 醚 6-10; 紫外线吸收剂（UV-9 ）0.2 ; 分散剂()PVA）4-6; 抗氧化剂 264 0.3; 软水 200-300.工艺过程 :a. 发泡剂处理b. 操作条件 - 压力（表压） MPa0.4-0.; 温度 C 90-100; 时间 4h

16、 c 预发泡 d 熟化 e 成型 . 19.苯乙烯及氯乙烯悬浮聚合法的生产工艺及粒子的形成过程有何差别?答:苯乙烯 :生产工艺 :原材料 -ST 单体, 引发剂阻聚剂 , 去离子水 ; 工艺过程 -高温聚合和低温聚合 ,P 溶于 M,使液滴逐渐变成透明粘稠, 最后变成透明的圆球状颗粒,PVC聚合物不溶于单体, 随着聚合物链的增长, 逐渐沉淀出来 , 形成初级粒子 ,经过凝聚后 , 形成次级粒子 , 最后形成不规则不透明的颗粒20.试述乳液聚合物系及其作用答:单体 : 聚合物单体材料原材料水:比热大 ,易于清楚反应热 , 降低体系粘度,构成连续相, 使液滴分散 ,溶解引发剂 ,PH调节剂等 .

17、乳化剂 :使单体在乳状液中稳定 ;名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 10 页 - - - - - - - - - 使单体在胶术中增溶, 使聚合物粒子稳定 , 增加集合物稳定性 , 对乳液聚合起脆化作用 , 形成产生链转移或阻聚作. 引发体系 :在一定条件下分解产生自由基 , 从而引发反应 . 21.乳液聚合生产方法特点答: a 集合速度快 , 分子量高 , 可同时提高分子量和反应速率;b 以水为介质 ,成本低 , 反应体系粘度小 , 稳定性优良 ,反应热易排

18、出 ,可连续操作 ;c. 乳液制品可直接作为涂料哦和黏合剂, 粉料颗粒小 ,适用与某种特殊适用场合 ;d. 由于使用乳化剂 , 聚合物不纯 ,后处理复杂 , 成本高 . 22.自由基溶液聚合的特点答:a. 作为传热介质使体系系统传热较易,温度容易控制 ;体系粘度低 , 减少凝胶效应 , 可以避免局部过热 ; 易于调节产品的分子量及其分布. 23.自由基溶液聚合中溶剂起什么作用?怎么样选择溶剂 ?答:作用 :a 溶剂对引发剂分解速度的影响 b 溶剂的链转移作用对分子量的影响 c 溶剂对聚合物分子的支化与构型的影响 . 溶剂的选择 :a 考虑单体在所选择的溶剂中的溶解性 b 溶剂的活性 : 应当无

19、阻聚或缓聚等不良影响以及考虑对引发剂的诱导分解作用. c溶剂对聚合物溶解性能和对凝胶效应的影响 :选用良溶剂时为均相聚合 , 有可能消除凝胶效应 d 选用沉淀剂时为沉淀聚合, 凝胶效应显著 . 溶液聚合选择溶剂时应考虑溶剂的Cs值 e 溶剂的毒性 ,安全性和生产成本 . 24.在自由基溶液聚合中溶剂对分子量及分子结构有什么影响答:Cs 增大促使产品由高分子量向低分子量转变; 可以降低向大分子进行链转移反应 , 减少了支链结构 . 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页

20、，共 10 页 - - - - - - - - - 25.PAN溶液聚合一步法及二部法的主要区别何在?各有何优缺点 ?答:一步法 :均相溶液聚合 , 所用的溶剂既能溶解单体 , 又能溶解聚合物 , 聚合结束后 , 聚合可直接纺丝 ,使聚合纺丝连续化 . 二步法 : 非均相聚合 ,聚合过程中聚合物不断地呈絮状沉淀析出, 需经分离以后用合适的溶剂重新溶解, 以制成纺丝原液 .一步法只能湿法纺丝且只能生成短纤维, 优点是不需要其他溶剂分解 ,可直接纺丝 . 二步法:优点 :a 水相沉淀聚合通常采用水溶性氧化 ,还原引发体系 ,引发剂分解活化能较低 , 可在 30-55C 甚至更低的温度下进行聚合 ,

21、所的产物色泽较白 ;b 水乡沉淀聚合的反应热易于排除, 聚合温度容易控制 ,从水相得到的产品分子量比较均匀 . C 聚合速率快 , 聚合物粒子比较均匀 , 转化率较高 ; d 聚合物易于处理 , 可省去溶剂回收过程缺点:需使用溶剂重新溶解 ,以制成纺丝原液 , 比一步法增加一道生产工序; 就聚合物浆状分离 ,干燥耗能大 . 26.简述溶液聚合生产聚丙烯晴的主要组分及其作用答:单体 : 丙烯晴 , 丙烯酸甲酯 , 第三单体 ; 分散介质 : 水 引发剂:水溶性的氧化 -还原引发体系27.试论述 VAc溶液聚合中为什么选用甲醇作溶剂?为什么用量比单体少的多 ?反应温度为甲醇的沸腾温度有何好处 ?答

22、:因为从聚合速率和分子量两方面考虑,采用甲醇作溶剂时的链转移常数小,而且 PVAc的甲醇溶液可进一步醇解为PVA( 沸点与要求的聚合温度相近)且由于甲醇的用量对聚合物的分子量有影响, 因此用量要比单体少 . 28.简述聚醋酸乙烯的醇解工艺及醇解度与产品性能和用途的关系答:将生成的 PVAc臵于甲醇溶剂中反应温度为甲醇的沸腾温度进行醇解,合名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 10 页 - - - - - - - - - 成纤维用 PVA 的醇解度为 96% 10

23、0%, 分散剂及织物上浆剂要求醇解毒为80% 左右29.离子型聚合与自由基溶液聚合对溶剂的要求有何区别?答:离子聚合 : 需使中性分子生成离子对, 此时要求较高的能量 , 所以生成的粒子不稳定 . 必须在聚合前用溶剂在低温下使之稳定, 不能使用强极性溶剂 . 多在低温下弱极性溶剂中反应 .选择溶剂的原则应考虑溶剂极性大小, 对离子活性中心的溶剂化能力,可能与引发剂产生的作用以及熔点或沸点高低 , 是否容易精致提纯以及与单体, 引发剂和聚合物的相容性等因素 . 自由基聚合 :a 考虑单体在所选择的溶剂中的溶解性 b 溶剂的活性 : 应当无阻聚或缓聚等不良影响以及考虑对引发剂的诱导分解作用. c溶

24、剂对聚合物溶解性能和对凝胶效应的影响 : 选用良溶剂时为均相聚合 , 有可能消除凝胶效应 d 选用沉淀剂时为沉淀聚合 , 凝胶效应显著 . 溶液聚合选择溶剂时应考虑溶剂的Cs值 e 溶剂的毒性 , 安全性和生产成本30.离子型催化聚合主要有哪几种类型?答:阴离子聚合、阳离子聚合、配位聚合31.阴离子配位催化剂的主要组成有哪些?答:主引发剂 :IV VIII族过渡金属化合物、主要是卤化物共引发剂 :I IIIA族金属烷基化合物第三组分 :有机给电子化合物（ N 、P、O ） 载体:Mg的化合物 . 32.目前那些高分子物是采用离子型和配位阴离子型合成工艺来生产的?答:阳离子 : 丁苯橡胶 阴离子

25、: 热塑性弹性体 SBS 、 星形苯乙烯热塑性弹性体 . 配位阴离子 :PE、PP 33.溶液法生产聚丙烯的配方及物系组成有哪些?答:丙烯（纯度） 99.5% ） 25% 汽油(含水量 25PPm) 75% Ticl3 0.0240.032% 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 10 页 - - - - - - - - - Al(Et)2cl 0.64% H2 10020PPm 34.比较缩聚与加聚反应特征 ?答:缩聚 : 一般遵守逐步聚合机理 ,反应过程中有

26、小分子副产物产生, 每一步反应的速率和活化能大致相同 ,反应早期转化率就很高, 随后低聚物继续反应,体系由分子量递增的一系列中间产物构成 ,中间产物的两分子都能发生反应加聚: 一般遵守连锁聚合机理 , 活性中心为自由基、阳离子、阴离子等, 整个过程由链引发、链增长、链终止等基元反应进行 , 各基元反应的 Rp和 Ea相差很大 ,整个过程中分子量变化不大 , 转化率逐渐增加 , 始终由单体、高聚物和引发及组成35.试述缩聚反应的分类及实施方法.答:按生成产物的结构分 :线型缩聚、体型缩聚按参加反应的单体种类分 :均缩聚、异缩聚、共缩聚实施方法 : 均缩聚 : 一种单体参加的缩聚反应异缩聚 :两种

27、单体参加的缩聚反应 共缩聚 : 均缩聚和异缩聚中加入其它单体进行的缩聚线型缩聚 : 官能度是 2 的单体进行的缩聚反应体型缩聚: 有官能度大于 2 的一部分单体进行的缩聚平衡缩聚 : 36.在熔融缩聚中 ,可采用什么措施 , 以加快反应速度和提高缩聚物的分子量?答:a、保证原料配比等摩尔 b、保证原料纯度、无杂质 c 、选用合适的催化剂 d 、使反应温度控制在适当的范围 e、反应前期通入惰性气体 , 既能防止缩聚物氧化变色 ,又能降低副产物分压 , 后期抽真空 ,使小分子挥发 .名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 10 页 - - - - - - - - -