聚合方法汇总ppt课件.ppt
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1、 引言引言 本体聚合本体聚合 溶液聚合溶液聚合 悬浮聚合悬浮聚合 乳液聚合乳液聚合聚合物生产实施的方法,称为聚合方法。聚合物生产实施的方法,称为聚合方法。溶解性溶解性沉淀聚合沉淀聚合非均相聚非均相聚合合均相聚合均相聚合聚合物聚合物单体互溶单体互溶单体形态单体形态气相聚合气相聚合固相聚合固相聚合在单体沸点以上聚合在单体沸点以上聚合在单体熔点以下聚合在单体熔点以下聚合聚合物聚合物单体部分溶单体部分溶聚合物聚合物单体不溶单体不溶5.1 聚合方法概述自由基聚合方法 离子和配位聚合方法 逐步聚合方法本体聚合本体聚合溶液聚合溶液聚合悬浮聚合悬浮聚合乳液聚合乳液聚合溶液聚合溶液聚合淤浆聚合淤浆聚合气相聚合气
2、相聚合熔融缩聚熔融缩聚溶液缩聚溶液缩聚界面缩聚界面缩聚4 本体聚合本体聚合:单体本身加少量引发剂(甚至不加)的聚合。单体本身加少量引发剂(甚至不加)的聚合。 溶液聚合溶液聚合 :单体和引发剂溶于适当溶剂中的聚合。单体和引发剂溶于适当溶剂中的聚合。 悬浮聚合悬浮聚合 :单体以液滴状悬浮于水中的聚合。单体以液滴状悬浮于水中的聚合。 乳液聚合乳液聚合 :单体、水、水溶性引发剂、乳化剂配成乳液状态所进行的单体、水、水溶性引发剂、乳化剂配成乳液状态所进行的 聚合。聚合。 气相聚合:气相聚合:只用极少量稀释剂作催化剂的分散介质,并在单体沸点以上温度下的聚合。只用极少量稀释剂作催化剂的分散介质,并在单体沸点
3、以上温度下的聚合。 固相聚合固相聚合 :固体单体在其熔点以下(或在单体熔点以上,聚合物熔点以下)的聚合固体单体在其熔点以下(或在单体熔点以上,聚合物熔点以下)的聚合 (实质为不添加介质的本体聚合)(实质为不添加介质的本体聚合) 熔融聚合熔融聚合 :聚合温度在单体和聚合物熔点以上的缩聚。(本质也为本体聚合)聚合温度在单体和聚合物熔点以上的缩聚。(本质也为本体聚合) 界面缩聚界面缩聚 :两种单体分别溶于互不相溶的溶剂中,在界面上发生的缩聚反应两种单体分别溶于互不相溶的溶剂中,在界面上发生的缩聚反应。淤浆聚合淤浆聚合:引发剂和聚合物均不溶于单体和溶剂的聚合。引发剂和聚合物均不溶于单体和溶剂的聚合。均
4、相聚合均相聚合 :单体、引发剂和聚合物均溶于同一溶剂的聚合。单体、引发剂和聚合物均溶于同一溶剂的聚合。( (包含本体和溶液聚合包含本体和溶液聚合) )沉淀聚合沉淀聚合 :聚合物不溶于单体和溶剂,在聚合过程中形成的聚合物不断沉淀析出的聚合物不溶于单体和溶剂,在聚合过程中形成的聚合物不断沉淀析出的 聚合聚合。 工程工程间歇聚合间歇聚合连续聚合连续聚合 间歇聚合间歇聚合 单体物料一次加入反应器,反应结束后一次出料。单体物料一次加入反应器,反应结束后一次出料。 连续聚合连续聚合 单体等物料不断进料、连续出料的聚合。可以是单体等物料不断进料、连续出料的聚合。可以是单釜或多釜串联。单釜或多釜串联。2、聚合
5、方法的分类、聚合方法的分类表5-1 聚合体系和实施方法示例单体-介质体系聚合物-单体(或溶剂)体系均相聚合非均相非均相聚合均相体系本体聚合气 态液 态固 态苯乙烯丙烯酸酯类乙烯高压聚合氯乙烯丙烯腈溶液聚合苯乙烯-苯丙烯酸-水丙烯腈-二甲基苯乙烯-甲醇丙烯酸-己烷丙烯腈-水非均相体系悬浮聚合苯乙烯甲基丙烯酸甲酯氯乙烯偏偏氯乙烯乳液聚合苯乙烯、丁二烯氯乙烯3、聚合方法的应用、聚合方法的应用例例例例自由基法合成聚苯乙烯自由基法合成聚苯乙烯通用型(通用型(GPS):): 本体聚合本体聚合 (硬塑料)(硬塑料)可发型(可发型(EPS):): 悬浮聚合悬浮聚合 (硬泡沫塑料包装材料)(硬泡沫塑料包装材料)
6、高抗冲型(高抗冲型(HIPS):):溶液聚合溶液聚合- 本体聚合本体聚合 (家电外壳、内衬等)(家电外壳、内衬等)自由基法合成聚氯乙烯自由基法合成聚氯乙烯第一阶段第二阶段第三阶段溶液聚合乳液聚合悬浮聚合 工艺简单、成本 低、品质好乳液聚合 可直接做PVC糊本体聚合 二段法、品质更佳悬浮聚合 大规模生产乳液聚合 制品需求5.2 5.2 本体聚合本体聚合 何谓本体聚合 不加其它介质,只有单体本身,在引发剂、热、光等作用下进行的聚合反应 基本组分 单体 包括气态、液态和固态单体 引发剂 一般为油溶性 助剂色料色料增塑剂增塑剂润滑剂润滑剂聚合场所:本体内 本体聚合的优缺点 解决办法(两段聚合) 预聚
7、在普通反应釜中进行,转化率达1035,放出一部分聚合热,粘度较低 后聚 在特殊反应釜中聚合,温度和黏度较高,使聚合完全w 优点 产品纯净,不存在介质分离问题 后处理较简单,比较经济的聚合方法 聚合设备简单,可连续或间歇生产w 缺点 体系很粘稠,聚合热不易扩散,温度难控制 轻则造成局部过热,产品有气泡,分子量分布宽 重则温度失调,引起爆聚应用实例应用实例聚合物引发工艺过程产品特点与用途聚甲基丙烯酸甲酯 BPO AIBN第一段预聚到转化率10%左右的粘稠浆液,浇模升温聚合,高温后处理,脱模成材。光学性能优于无机玻璃,可用作航空玻璃、光导纤维、标牌等。聚苯乙烯 BPO 热引发第一段于8090OC预聚
8、到转化率3035%,流入聚合塔,温度由160OC递增至225OC聚合,最后熔体挤出造粒。电绝缘性好、透明、易染色、易加工。多用于家电与仪表外壳、光学零件、日用品聚氯乙烯 过氧化乙 酰基磺酸第一段预聚到转化率711%,形成颗粒骨架,第二阶段继续沉淀聚合,最后以粉状出料具有悬浮树脂的疏松特性,且无皮膜、较纯净。高压聚乙烯 微量氧管式反应器,180200OC、150200Mpa连续聚合,转化率1530%熔体挤出出料。分子链上带有多个小支链,密度低,结晶度低,适于制薄膜。聚丙烯 高效载体配位催化剂 催化剂与单体进行预聚,再进入环式反应器与液态丙烯聚合,转化率40%出料。比淤浆法投资少4050%。可广泛
9、用于各种连锁聚合、逐步聚合等。可广泛用于各种连锁聚合、逐步聚合等。110 130 OC130 180 OC180 225 OC80 OC80 OC预聚合预聚合后聚合后聚合后处理后处理预聚釜预聚釜塔式反应器塔式反应器苯乙烯苯乙烯聚苯乙烯聚苯乙烯冷却、切粒、包装冷却、切粒、包装苯乙烯连续本体聚合的塔式反应流程苯乙烯连续本体聚合的塔式反应流程5.3 溶液聚合 溶液聚合 是将单体和引发剂溶于适当溶剂中进行的聚合反应 基本组分 单体 引发剂 溶剂 聚合场所: 在溶液内 溶液聚合的优缺点优点缺点 散热控温容易,可避免局部过热 体系粘度较低,能消除凝胶效应 溶剂回收麻烦,设备利用率低 聚合速率慢 分子量不高
10、 溶剂对聚合的影响: 溶剂的加入可能影响聚合速率、分子量分布 溶剂对引发剂有诱导分解作用 链自由基对溶剂有链转移反应 向溶剂链转移的结果使分子量降低 溶剂对聚合物的溶解性能与凝胶效应有关 良溶剂,为均相聚合,浓度不高时,可消除凝胶效应 沉淀剂,则成为沉淀聚合,凝胶效应显著, 劣溶剂,介于两者之间 工业上,溶液聚合多用于聚合物溶液直接使用的场合 如涂料、胶粘剂、合成纤维纺丝液、后续化学反应等。1. 溶剂的活性溶剂的活性 溶剂是介质,对引发剂有诱导分解作用(极性溶剂)溶剂是介质,对引发剂有诱导分解作用(极性溶剂),有链转移反应。,有链转移反应。 故一般选择活性低的溶剂。故一般选择活性低的溶剂。2.
11、 溶剂的溶解性溶剂的溶解性 选用良溶剂,有可能消除凝胶效应。选用良溶剂,有可能消除凝胶效应。3. 沸点须略高于聚合反应温度。沸点须略高于聚合反应温度。4. 安全性:毒性低。安全性:毒性低。5. 经济性:价格要低。经济性:价格要低。 工业上,溶液聚合多用于聚合物溶液直接使用的场工业上,溶液聚合多用于聚合物溶液直接使用的场合如涂料、胶粘剂、浸渍液、合成纤维纺丝液合如涂料、胶粘剂、浸渍液、合成纤维纺丝液 关键:溶剂的选择:关键:溶剂的选择:应用实例应用实例多用于自由基聚合、离子聚合、多用于自由基聚合、离子聚合、配位聚合、逐步聚合等。配位聚合、逐步聚合等。单体引发剂或催化剂溶剂聚合机理产物特点与用途丙
12、烯腈AIBN氧-还体系硫氰化钠水溶液水自由基聚合自由基聚合纺丝液配制纺丝液醋酸乙烯酯AIBN甲醇自由基聚合制备聚乙烯醇、维纶的原料丙烯酸酯类BPO芳烃自由基聚合涂料、粘合剂丁二烯配位催化剂BuLi丁基锂丁基锂正己烷环己烷配位聚合阴离子聚合顺丁橡胶低顺式聚丁二烯异丁烯BF3异丁烷阳离子聚合粘合剂、密封剂PVACVACAIBN甲醇甲醇VAC甲醇甲醇水水水水第一聚合釜第一聚合釜第二聚合釜第二聚合釜脱脱 单单 体体 塔塔第一精第一精 镏镏 塔塔第二精第二精 镏镏 塔塔60 65 OC2hC% 20%63 65 OC2.5hC% 50 60%水水醋酸乙烯酯溶液聚合反应流程醋酸乙烯酯溶液聚合反应流程冷凝器
13、冷凝器冷凝器冷凝器5.4 悬浮聚合 悬浮聚合 是将不溶于水的单体以小液滴状悬浮在水中进行的聚合,这是自由基聚合一种特有的聚合方法 基本组分 单体 引发剂(油溶性) 水 分散剂水溶性有机高分子物聚乙烯醇聚丙烯酸钠SMAA共聚物明胶纤维素类淀粉碳酸盐磷酸盐滑石粉高岭土是一类能将油是一类能将油溶性单体分散溶性单体分散在水中形成稳在水中形成稳定悬浮液的物定悬浮液的物质。质。吸附在吸附在液滴表液滴表面,形面,形成一层成一层保护膜保护膜吸附在液滴吸附在液滴表面,起机表面,起机械隔离作用械隔离作用不溶于水的无机粉末 颗粒大小与形态 悬浮聚合得到的是粒状树脂,粒径在0.01 5 mm 范围 粒径在1 mm左右
14、,称为珠状聚合 粒径在0.01 mm左右,称为粉状悬浮聚合 粒状树脂的颗粒形态不同 颗粒形态是指聚合物粒子的外观形状和内部结构状况 颗粒形态紧密型:不利于增塑剂的吸收,如PVC疏松型:有利于增塑剂的吸收,便于加工颗粒形态取决于分散剂的种类明胶:紧密型明胶:紧密型PVA:疏松型疏松型 大,有利于形成疏松型水与单体的配比水与单体的配比主要特点主要特点聚合场所聚合场所 - 单体液滴内单体液滴内亲油基团亲油基团亲水基团亲水基团油溶性引发剂油溶性引发剂油溶性单体油溶性单体水水1 1、吸附在液滴、吸附在液滴表面,形成一层表面,形成一层保护膜;保护膜;2 2、降低表面张、降低表面张力和界面张力力和界面张力,
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