高分子化學(xué)-緒論

1、聚合物合成工藝學(xué)聚合物合成工藝學(xué)授課人：王正平授課人：王正平 高分子合成工業(yè)概述高分子合成工業(yè)概述 高分子合成材料的品種和特性高分子合成材料的品種和特性 高分子化合物生產(chǎn)過程高分子化合物生產(chǎn)過程 生產(chǎn)流程評價和新工藝、新產(chǎn)品的開發(fā)生產(chǎn)流程評價和新工藝、新產(chǎn)品的開發(fā) 合成工業(yè)的三廢處理與安全合成工業(yè)的三廢處理與安全 廢舊材料的回收利用廢舊材料的回收利用1.1.高分子合成材料高分子合成材料 塑料可以代替大量鋼材、有色金屬、木材等；塑料可以代替大量鋼材、有色金屬、木材等； 合成纖維比天然纖維合成纖維比天然纖維( (棉花、羊毛、蠶絲等棉花、羊毛、蠶絲等) ) 更為牢固耐久更為牢固耐久。1000 100

2、0 噸噸天然橡膠天然橡膠300300萬株橡膠樹萬株橡膠樹50005000名農(nóng)業(yè)工人名農(nóng)業(yè)工人三萬畝地三萬畝地1000 1000 噸噸合成橡膠合成橡膠1010名工人名工人1010畝地畝地 人類社會早期就開始了對天然高分子材料的利用，人類社會早期就開始了對天然高分子材料的利用，包括蠶絲、羊毛、皮革、棉花、木材及天然橡膠等。包括蠶絲、羊毛、皮革、棉花、木材及天然橡膠等。2.2.高分子合成材料發(fā)展簡史高分子合成材料發(fā)展簡史19世紀(jì)世紀(jì)40年代，美國人發(fā)明了天然橡膠的硫化；年代，美國人發(fā)明了天然橡膠的硫化； 20世紀(jì)世紀(jì)60年代，以纖維素為原料獲得了賽璐珞塑料；年代，以纖維素為原料獲得了賽璐珞塑料； 2

3、0世紀(jì)世紀(jì)80年代末期用蛋白質(zhì)年代末期用蛋白質(zhì)-乳酪素為原料獲得了乳酪素為原料獲得了 乳酪素塑料。被稱為半合成材料。乳酪素塑料。被稱為半合成材料。 1925-1935年年，逐漸明確了有關(guān)高分子化合物的基，逐漸明確了有關(guān)高分子化合物的基本概念，誕生了本概念，誕生了“高分子化學(xué)高分子化學(xué)”這一新興學(xué)科。反這一新興學(xué)科。反過來，它又有力地促進了過來，它又有力地促進了高分子化合物的工業(yè)生產(chǎn)高分子化合物的工業(yè)生產(chǎn)； 50年代年代， 發(fā)現(xiàn)了由有機金屬化合物和過渡金屬化發(fā)現(xiàn)了由有機金屬化合物和過渡金屬化合物組成的催化劑體系，可以容易地使烯烴、二烯合物組成的催化劑體系，可以容易地使烯烴、二烯烴聚合為性能優(yōu)良的

4、高聚物，同時由于石油化學(xué)工烴聚合為性能優(yōu)良的高聚物，同時由于石油化學(xué)工業(yè)的建立與發(fā)展，業(yè)的建立與發(fā)展，高分子合成材料的產(chǎn)量激增高分子合成材料的產(chǎn)量激增； 1994年年，全世界三大合成材料的產(chǎn)量超過，全世界三大合成材料的產(chǎn)量超過1.4104萬噸，按體積計算萬噸，按體積計算超過鋼鐵超過鋼鐵。 材料科學(xué)的高速發(fā)展與高新技術(shù)的廣泛采材料科學(xué)的高速發(fā)展與高新技術(shù)的廣泛采用使高分子材料合成工業(yè)進入一個嶄新的時期。用使高分子材料合成工業(yè)進入一個嶄新的時期。 3.3.我國高分子材料合成工業(yè)現(xiàn)狀我國高分子材料合成工業(yè)現(xiàn)狀新中國成立后，我國的高分子材料合成工業(yè)從無新中國成立后，我國的高分子材料合成工業(yè)從無到有、從

5、小到大，發(fā)展至今已形成一個完整的工到有、從小到大，發(fā)展至今已形成一個完整的工業(yè)體系。業(yè)體系。目前，各類材料生產(chǎn)配套、產(chǎn)品品種基本齊全，目前，各類材料生產(chǎn)配套、產(chǎn)品品種基本齊全，已廣泛用于國民經(jīng)濟和生活的各個領(lǐng)域。相繼建已廣泛用于國民經(jīng)濟和生活的各個領(lǐng)域。相繼建成若干大型石油化工基地如成若干大型石油化工基地如燕山燕山、蘭州蘭州、吉林吉林、大慶、齊魯、金山、儀征、高橋、遼陽大慶、齊魯、金山、儀征、高橋、遼陽等。等。合成高分子材料的主要過程合成高分子材料的主要過程高分子產(chǎn)品形態(tài)可能是高分子產(chǎn)品形態(tài)可能是液態(tài)低聚物、堅韌的固態(tài)液態(tài)低聚物、堅韌的固態(tài)高聚物或彈性體高聚物或彈性體。必須經(jīng)過成型加工才能得到

6、有。必須經(jīng)過成型加工才能得到有用的材料及其制品。用的材料及其制品。塑料由塑料由合成樹脂合成樹脂和和添加劑添加劑（包括穩(wěn)定劑、潤滑刑、（包括穩(wěn)定劑、潤滑刑、著色劑、增塑劑、填料以及根據(jù)不同用途而加入著色劑、增塑劑、填料以及根據(jù)不同用途而加入的防靜電劑、防霉劑、紫外線吸收劑等）。的防靜電劑、防霉劑、紫外線吸收劑等）。塑料成型塑料成型重要的有：注塑成型、擠塑成型、吹塑重要的有：注塑成型、擠塑成型、吹塑成型、模壓成型等。除模塑制品外，還有薄膜、成型、模壓成型等。除模塑制品外，還有薄膜、人造革、泡沫塑料等。人造革、泡沫塑料等。 合成橡膠制造橡膠制品時加入的合成橡膠制造橡膠制品時加入的添加物添加物通常通常

7、稱為稱為配合劑配合劑，包括包括硫化劑、硫化促進劑、助促進劑、防老硫化劑、硫化促進劑、助促進劑、防老劑、軟化劑、增強劑、填充劑、著色劑等。增強劑與劑、軟化劑、增強劑、填充劑、著色劑等。增強劑與填充劑用量較大（填充劑用量較大（20）。）。 合成橡膠合成橡膠1.1.塑料塑料二、二、高分子合成材料的品種和特性高分子合成材料的品種和特性塑料是以合成樹脂為基本成分，它是在加工過塑料是以合成樹脂為基本成分，它是在加工過程中可塑制成一定形狀，而產(chǎn)品最后能保持形程中可塑制成一定形狀，而產(chǎn)品最后能保持形狀不變的材料。狀不變的材料。它具有質(zhì)輕、絕緣、耐腐蝕、美觀、制品形式它具有質(zhì)輕、絕緣、耐腐蝕、美觀、制品形式多樣

8、化等優(yōu)點。多樣化等優(yōu)點。其主要缺點其主要缺點是絕大多數(shù)塑料制是絕大多數(shù)塑料制品易燃燒，在長期使用過程中發(fā)生老化現(xiàn)象。品易燃燒，在長期使用過程中發(fā)生老化現(xiàn)象。根據(jù)受熱后的情況，塑料可分為根據(jù)受熱后的情況，塑料可分為熱塑性熱塑性塑塑料料和和熱固性熱固性塑料塑料兩大類。兩大類。前者可反復(fù)受熱前者可反復(fù)受熱軟化或融化，后者經(jīng)固化成型后，再受熱軟化或融化，后者經(jīng)固化成型后，再受熱則不能熔化，強熱則分解。則不能熔化，強熱則分解。根據(jù)生產(chǎn)量與使用情況可以分為根據(jù)生產(chǎn)量與使用情況可以分為通用塑料通用塑料和和工程塑料工程塑料。 工程塑料工程塑料是指被用做工業(yè)零件或是指被用做工業(yè)零件或外殼外殼材材料的工業(yè)用塑料，

9、是強度、耐沖擊性、耐熱料的工業(yè)用塑料，是強度、耐沖擊性、耐熱性、性、硬度硬度及抗老化性均優(yōu)的塑料。及抗老化性均優(yōu)的塑料。 日本日本業(yè)界將它定義為業(yè)界將它定義為“可以做為構(gòu)造用可以做為構(gòu)造用及機械零件用的高性能塑料，耐熱性在及機械零件用的高性能塑料，耐熱性在100 以上，主要運用在工業(yè)上以上，主要運用在工業(yè)上”。 合成橡膠合成橡膠是用比學(xué)合成方法生產(chǎn)的高彈性體。是用比學(xué)合成方法生產(chǎn)的高彈性體。經(jīng)硫化加工可制成各種橡膠制品。經(jīng)硫化加工可制成各種橡膠制品。某些合成橡膠具有較天然橡膠為優(yōu)良的耐熱、某些合成橡膠具有較天然橡膠為優(yōu)良的耐熱、耐磨、耐老化、耐腐蝕或耐油等性能。缺點耐磨、耐老化、耐腐蝕或耐油等

10、性能。缺點是發(fā)生老化現(xiàn)象。是發(fā)生老化現(xiàn)象。根據(jù)產(chǎn)量和使用情況合成橡膠可分為根據(jù)產(chǎn)量和使用情況合成橡膠可分為通用合通用合成橡膠成橡膠與與特種合成橡膠特種合成橡膠兩大類兩大類。合成橡膠合成橡膠是由人工合成的是由人工合成的高高彈彈性性聚合物。也稱合成聚合物。也稱合成彈性體，是彈性體，是三大合成材料三大合成材料之一。之一。橡膠橡膠是制造飛機、軍艦、是制造飛機、軍艦、汽車汽車、拖拉機拖拉機、收割機收割機、水利排灌機械、醫(yī)療器械等所必需的材料。水利排灌機械、醫(yī)療器械等所必需的材料。合成橡膠與天然橡膠均是合成橡膠與天然橡膠均是高彈性的高彈性的高分子材料高分子材料，一，一般均需經(jīng)過硫化和加工之后，才具有實用性

11、和使用般均需經(jīng)過硫化和加工之后，才具有實用性和使用價值。價值。合成橡膠在合成橡膠在2020世紀(jì)初開始生產(chǎn)，從世紀(jì)初開始生產(chǎn)，從4040年代起得到了年代起得到了迅速的發(fā)展。迅速的發(fā)展。 特種合成橡膠特種合成橡膠指具有特殊性能和特殊用途的一種指具有特殊性能和特殊用途的一種橡膠，主要有橡膠，主要有鹵化合成橡膠鹵化合成橡膠（鹵化丁基橡膠、氯化鹵化丁基橡膠、氯化聚乙烯橡膠、氯醇橡膠）聚乙烯橡膠、氯醇橡膠）、硅橡膠硅橡膠、稀土橡膠稀土橡膠、丙丙烯酸酯橡膠烯酸酯橡膠、氟橡膠氟橡膠、聚氨酯橡膠聚氨酯橡膠等，等，應(yīng)用領(lǐng)域有汽車、航空航天、石油鉆探、電子電器應(yīng)用領(lǐng)域有汽車、航空航天、石油鉆探、電子電器等。等。 2

12、0102010年中國特種合成橡膠總消費約年中國特種合成橡膠總消費約100100萬噸，市場萬噸，市場將保持將保持20%20%以上的增長。以上的增長。線型結(jié)構(gòu)的高分子量合成樹脂，經(jīng)過適當(dāng)線型結(jié)構(gòu)的高分子量合成樹脂，經(jīng)過適當(dāng)方法紡絲得到的纖維稱為方法紡絲得到的纖維稱為合成纖維合成纖維。與天然纖維相比較強度高、耐摩擦、放蛀、與天然纖維相比較強度高、耐摩擦、放蛀、耐腐蝕等耐腐蝕等優(yōu)點優(yōu)點。缺點缺點是不易著色，未經(jīng)處理時易產(chǎn)生靜電，是不易著色，未經(jīng)處理時易產(chǎn)生靜電，多數(shù)合成纖維的吸濕性差。因此制成的多數(shù)合成纖維的吸濕性差。因此制成的衣物衣物易污染，不吸汗，透氣性差易污染，不吸汗，透氣性差。 聚合官能度數(shù)目

13、與合成材料的關(guān)系聚合官能度數(shù)目與合成材料的關(guān)系三、高分子化合物生產(chǎn)過程三、高分子化合物生產(chǎn)過程高分子合成生產(chǎn)過程高分子合成生產(chǎn)過程高分子合成生產(chǎn)過程大體上可分為以下幾個工序高分子合成生產(chǎn)過程大體上可分為以下幾個工序: :(1)(1)原料準(zhǔn)備與精制過程原料準(zhǔn)備與精制過程; ;(2)(2)催化劑催化劑( (引發(fā)劑引發(fā)劑) )配制過程配制過程; ;(3)(3)聚合反應(yīng)過程；聚合反應(yīng)過程； (6)(6)回收過程回收過程(4)(4)分離過程；分離過程； (5)(5)聚合物后處理過程聚合物后處理過程 u 此外三廢處理和公用工程如供電、供氣、供水此外三廢處理和公用工程如供電、供氣、供水等設(shè)備。等設(shè)備。1.

14、1. 生產(chǎn)流程評價生產(chǎn)流程評價l 現(xiàn)代化的大規(guī)模生產(chǎn)裝置基本是連續(xù)生產(chǎn)；現(xiàn)代化的大規(guī)模生產(chǎn)裝置基本是連續(xù)生產(chǎn)；l 連續(xù)生產(chǎn)的生產(chǎn)流程對于生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備的連續(xù)生產(chǎn)的生產(chǎn)流程對于生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備的 要求較高；要求較高；l 間歇生產(chǎn)方式中某一工序發(fā)生故障對于整個間歇生產(chǎn)方式中某一工序發(fā)生故障對于整個 生裝置的影響小。生裝置的影響小。原料路線的考查原料路線的考查2產(chǎn)品性能的考查產(chǎn)品性能的考查1能量消耗與利用的考查能量消耗與利用的考查3生產(chǎn)技術(shù)水平的考查生產(chǎn)技術(shù)水平的考查42. 2. 聚合方法的選擇聚合方法的選擇高分子化合物工業(yè)生產(chǎn)中同一種聚合物可以用高分子化合物工業(yè)生產(chǎn)中同一種聚合物可以用幾種不同的聚合

15、方法進行生產(chǎn)。幾種不同的聚合方法進行生產(chǎn)。聚合方法的選擇取決于聚合物性質(zhì)。聚合方法的選擇取決于聚合物性質(zhì)。相同性能的產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量好，設(shè)備投資少，相同性能的產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量好，設(shè)備投資少，生產(chǎn)成本低的方法將得到發(fā)展。其它方法則逐生產(chǎn)成本低的方法將得到發(fā)展。其它方法則逐漸被淘汰。漸被淘汰。例如：聚氯乙烯樹脂的生產(chǎn)工藝?yán)纾壕勐纫蚁渲纳a(chǎn)工藝 乳液聚合方法乳液聚合方法懸浮聚合方法懸浮聚合方法本體聚合方法本體聚合方法溶液聚合方法溶液聚合方法 同一種生產(chǎn)方法由于引發(fā)劑成催化劑的改進可以大大縮短同一種生產(chǎn)方法由于引發(fā)劑成催化劑的改進可以大大縮短聚合反應(yīng)時間或簡化生產(chǎn)過程，從而增加產(chǎn)量，降低成本。聚合反

16、應(yīng)時間或簡化生產(chǎn)過程，從而增加產(chǎn)量，降低成本。3. 3. 生產(chǎn)工藝的改革生產(chǎn)工藝的改革以高密度聚乙烯的生產(chǎn)為例，早期用的催化劑效以高密度聚乙烯的生產(chǎn)為例，早期用的催化劑效率低，每克催化劑僅可得聚乙烯數(shù)千克，生產(chǎn)工率低，每克催化劑僅可得聚乙烯數(shù)千克，生產(chǎn)工藝復(fù)雜。藝復(fù)雜。高效催化劑高效催化劑每克催化劑可得聚乙烯最高者甚至達每克催化劑可得聚乙烯最高者甚至達到幾百萬克，簡化了生產(chǎn)工序。到幾百萬克，簡化了生產(chǎn)工序。近來又開發(fā)了乙烯氣相聚合的方法，進一步革除近來又開發(fā)了乙烯氣相聚合的方法，進一步革除了溶劑，更加簡化了生產(chǎn)工序。了溶劑，更加簡化了生產(chǎn)工序。 4. 4. 新產(chǎn)品的開發(fā)新產(chǎn)品的開發(fā)第一次評價第

17、一次評價第二次評價第二次評價通用塑料：通用塑料：25-250 kg通用橡膠：通用橡膠：100-1000 kg合成纖維：合成纖維：500-2000 kg五、高分子合成工業(yè)的三廢處理與安全五、高分子合成工業(yè)的三廢處理與安全1.1.三廢來源和處理三廢來源和處理廢水廢水聚合物分離聚合物分離和洗滌操作和洗滌操作排放的廢水排放的廢水和清洗設(shè)備和清洗設(shè)備產(chǎn)生的廢水產(chǎn)生的廢水廢渣（粉塵）廢渣（粉塵） 聚合后樹脂聚合后樹脂 干燥過程干燥過程廢氣廢氣 氣態(tài)和易揮氣態(tài)和易揮 發(fā)單體積有發(fā)單體積有 機溶劑或單機溶劑或單 體合成過程體合成過程 使用的氣體使用的氣體2.2.生產(chǎn)安全生產(chǎn)安全高分子合成工廠中最易發(fā)生的安全事

18、故是引發(fā)劑、催化劑、高分子合成工廠中最易發(fā)生的安全事故是引發(fā)劑、催化劑、易燃單體、有機溶劑引起的燃燒與爆炸事故。易燃單體、有機溶劑引起的燃燒與爆炸事故?？扇細怏w、液體的蒸氣或有機固體與空氣混合時可燃氣體、液體的蒸氣或有機固體與空氣混合時，當(dāng)達到，當(dāng)達到一定的濃度范圍，遇火花就會引起激烈爆炸。一定的濃度范圍，遇火花就會引起激烈爆炸。例如乙烯的例如乙烯的爆炸極限是爆炸極限是2.72.7( (下限下限) )和和34.034.0( (上限上限) ) 。高分子合成工業(yè)所用的化學(xué)品、單體、溶劑、聚合用助劑、高分子合成工業(yè)所用的化學(xué)品、單體、溶劑、聚合用助劑、加工助劑等，有些已知為劇毒品、致癌物質(zhì)、具腐蝕性

19、、加工助劑等，有些已知為劇毒品、致癌物質(zhì)、具腐蝕性、可長期積累中毒可長期積累中毒等。等。制約因素：高分子制品廢棄后對環(huán)境的污染制約因素：高分子制品廢棄后對環(huán)境的污染 在人類歷史上，幾乎沒有什么科學(xué)技術(shù)象高分子在人類歷史上，幾乎沒有什么科學(xué)技術(shù)象高分子科學(xué)這樣對人類社會做出如此巨大的貢獻?？茖W(xué)這樣對人類社會做出如此巨大的貢獻。六、廢舊高分子材料的回收利用六、廢舊高分子材料的回收利用 延長使用壽命：減少廢棄延長使用壽命：減少廢棄 回收利用：低性能應(yīng)用；降解回收利用：低性能應(yīng)用；降解自然降解：自然分解回歸自然自然降解：自然分解回歸自然解決途徑解決途徑1. 1. 塑料的貢獻與白色污染塑料的貢獻與白色污

20、染從上世紀(jì)六十年代開始，塑料從上世紀(jì)六十年代開始，塑料( (主要指聚乙烯、聚主要指聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯) )進入進入廣泛實用階段廣泛實用階段。由于塑料具有由于塑料具有很多優(yōu)點：很多優(yōu)點：取材容易，價格低廉，加取材容易，價格低廉，加工方便，質(zhì)地輕巧，工方便，質(zhì)地輕巧，因此塑料一問世，便深受歡迎，因此塑料一問世，便深受歡迎，它迅速滲入到社會生活的方方面面，塑料被制成碗、它迅速滲入到社會生活的方方面面，塑料被制成碗、杯、袋、盆、桶、管等。杯、袋、盆、桶、管等。創(chuàng)造創(chuàng)造了巨大的了巨大的社會社會和和經(jīng)濟經(jīng)濟效益。效益。塑料被列為塑料被列為2020世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一

21、，塑料的普及世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，塑料的普及被譽為被譽為白色革命白色革命。隨著塑料產(chǎn)量不斷增大，成本越來越低，我們隨著塑料產(chǎn)量不斷增大，成本越來越低，我們用過的大量農(nóng)用薄膜、包裝用的塑料袋和一次用過的大量農(nóng)用薄膜、包裝用的塑料袋和一次性塑料餐具在使用后被拋棄在環(huán)境中，性塑料餐具在使用后被拋棄在環(huán)境中，給景觀給景觀和環(huán)境帶來很大破壞。和環(huán)境帶來很大破壞。由于塑料包裝物大多呈白色，它們造成的環(huán)境由于塑料包裝物大多呈白色，它們造成的環(huán)境污染被稱為污染被稱為白色污染白色污染。 2.2.廢舊塑料回收廢舊塑料回收(1) 作為材料再生循環(huán)利用作為材料再生循環(huán)利用; (2) 作為能源回收利用作為能源回收利用;(3) 作為化學(xué)品循環(huán)利用。作為化學(xué)品循環(huán)利用。A. 解聚、水解等方法降解為單體、低分子量化合物。解聚、水解等方法降解為單體、低分子量化合物。B. 裂解為燃料油品。裂解為燃料油品。3.3.廢舊橡膠回收廢舊橡膠回收在使用后需要有足夠的紫外光作用。在使用后需要有足夠的紫外光