高分子合成工业概述天然高分子材料高分子合成材料1课件.ppt

1、聚合物合成工艺学 高聚物合成工艺学高聚物合成工艺学，赵德仁，张慰盛编，北京，赵德仁，张慰盛编，北京， 化学工业出版社，化学工业出版社，1997年年6月，第月，第2版。版。本书共分为三篇：本书共分为三篇： 第一篇介绍聚合方法和工艺过程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 子材料的有关知识。子材料的有关知识。教材教材主要参考书目主要参考书目1. 赵德仁等编，赵德仁等编，高聚物合成工艺学高聚物合成工艺学

2、，化学工业出版社，化学工业出版社， 第第1版，版，19812. 潘祖仁编，潘祖仁编，高分子化学高分子化学，化学工业出版社，化学工业出版社，19863. 李克友等编，李克友等编，高分子合成原理及工艺学高分子合成原理及工艺学，科学出版社，科学出版社，2001 高分子合成工业概述高分子合成工业概述 高分子合成材料的品种和特性高分子合成材料的品种和特性 高分子化合物生产过程高分子化合物生产过程 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 合成工业的三废处理与安全合成工业的三废处理与安全 废旧材料的回收利用废旧材料的回收利用第一章第一章 绪绪 论论1. 高分子合成材料高分子合成

3、材料 塑料可以代替大量钢材、有色金属、木材等；塑料可以代替大量钢材、有色金属、木材等； 合成纤维比天然纤维合成纤维比天然纤维( (棉花、羊毛、蚕丝等棉花、羊毛、蚕丝等) )更为牢固耐久更为牢固耐久。一、一、高分子合成工业概述高分子合成工业概述天然高分子材料天然高分子材料高分子合成材料高分子合成材料1000吨天然橡胶吨天然橡胶300万株橡胶树万株橡胶树5000名农业工人名农业工人三万亩地三万亩地1000吨合成橡胶吨合成橡胶10名工人名工人10亩地亩地 人类社会早期就开始了对天然高分子材料的利用，包括蚕人类社会早期就开始了对天然高分子材料的利用，包括蚕丝、羊毛、皮革、棉花、木材及天然橡胶等。丝、羊

4、毛、皮革、棉花、木材及天然橡胶等。2.高分子合成材料发展简史高分子合成材料发展简史 19世纪前期，通过化学反应对天然高分子材料进行改性；世纪前期，通过化学反应对天然高分子材料进行改性； 19世纪世纪40年代，美国人发明了天然橡胶的硫化；年代，美国人发明了天然橡胶的硫化； 60年代末期以纤维素为原料获得了年代末期以纤维素为原料获得了赛璐珞赛璐珞塑料；塑料； 80年代末期用蛋白质年代末期用蛋白质-乳酪素为原料获得了乳酪素塑料。乳酪素为原料获得了乳酪素塑料。 它们被称为半合成材料。它们被称为半合成材料。2020世纪是高分子材料合成工业不断发展壮大的时期世纪是高分子材料合成工业不断发展壮大的时期l 1

5、925-1935年，逐渐明确了有关高分子化合物的基本概念，年，逐渐明确了有关高分子化合物的基本概念，诞生了诞生了“高分子化学高分子化学”这一新兴学科。反过来，它又有力这一新兴学科。反过来，它又有力地促进了高分子化合物的工业生产；地促进了高分子化合物的工业生产；l 50年代以后，年代以后，Ziegler-Natta 发现了由有机金属化合物和过发现了由有机金属化合物和过渡金属化合物组成的催化剂体系，可以容易地使烯烃、二渡金属化合物组成的催化剂体系，可以容易地使烯烃、二烯烃聚合为性能优良的高聚物，同时由于石油化学工业的烯烃聚合为性能优良的高聚物，同时由于石油化学工业的建立与发展，高分子合成材料的产量

6、激增；建立与发展，高分子合成材料的产量激增；l 1994年，全世界三大合成材料的产量超过年，全世界三大合成材料的产量超过1.4104万吨，按万吨，按体积计算超过钢铁。体积计算超过钢铁。5. 高分子合成工业高分子合成工业(1) 基本原料：基本原料：石油、天然气、煤炭等为原材料。石油、天然气、煤炭等为原材料。 (2) 生产过程：生产过程： 包括石油开采、石油炼制、基本有机合成、高分子合包括石油开采、石油炼制、基本有机合成、高分子合成、高分子合成材料成型等工业部门，提供主要的原料成、高分子合成材料成型等工业部门，提供主要的原料- -单单体、溶剂、添加剂等辅助原料。体、溶剂、添加剂等辅助原料。(3)

7、高分子合成工业的任务：高分子合成工业的任务： 将基本有机合成工业生产的单体，经过聚合反应合成将基本有机合成工业生产的单体，经过聚合反应合成高分子化合物，从而为高分子合成材料成型工业提供基本高分子化合物，从而为高分子合成材料成型工业提供基本原料。因此基本有机合成工业、高分子合成工业和高分子原料。因此基本有机合成工业、高分子合成工业和高分子合成材料成型工业是密切相联系的三个工业部门。合成材料成型工业是密切相联系的三个工业部门。材料科学的高速发展与高新技术的广泛采用使高分子材材料科学的高速发展与高新技术的广泛采用使高分子材料合成工业进入一个崭新的时期。料合成工业进入一个崭新的时期。合成橡胶合成橡胶

8、合成纤维合成纤维2121世纪展望世纪展望合成树脂合成树脂及塑料及塑料3.我国高分子材料合成工业现状我国高分子材料合成工业现状 我们古代祖先早已经使用各种天然高分子材料，创我们古代祖先早已经使用各种天然高分子材料，创造了灿烂的华夏文明。造了灿烂的华夏文明。 19世纪末期才开始出现天然高分子加工工业。世纪末期才开始出现天然高分子加工工业。 新中国成立后，我国的高分子材料合成工业从无到新中国成立后，我国的高分子材料合成工业从无到有、从小到大，发展至今已形成一个完整的工业体有、从小到大，发展至今已形成一个完整的工业体系。系。 目前，各类材料生产配套、产品品种基本齐全，已目前，各类材料生产配套、产品品种

9、基本齐全，已广泛用于国民经济和生活的各个领域。相继建成若广泛用于国民经济和生活的各个领域。相继建成若干大型石油化工基地如燕山、兰州、吉林、大庆、干大型石油化工基地如燕山、兰州、吉林、大庆、齐鲁、金山、仪征、高桥、辽阳等。齐鲁、金山、仪征、高桥、辽阳等。扩大产能及装置大型化扩大产能及装置大型化1产品结构调整产品结构调整加强理论基础研究加强理论基础研究23催化剂的重大作用催化剂的重大作用合成、加工与应用的一体化合成、加工与应用的一体化46发展清洁生产，注重可持续发展发展清洁生产，注重可持续发展4.我国高分子材料合成工业发展趋势我国高分子材料合成工业发展趋势5478计算机、信息技术迅速推广应用计算机

10、、信息技术迅速推广应用增强创新能力，培养高素质人才增强创新能力，培养高素质人才合成高分子材料的主要过程合成高分子材料的主要过程合成高分子材料的主要过程合成高分子材料的主要过程6. 高分子合成材料成型加工工业简介高分子合成材料成型加工工业简介 高分子合成工业的产品形态可能是高分子合成工业的产品形态可能是液态低聚物、坚韧液态低聚物、坚韧的固态高聚物或弹性体的固态高聚物或弹性体。它们必须经过成型加工才能。它们必须经过成型加工才能够制成有用的材料及其制品。够制成有用的材料及其制品。 塑料的原料是合成树脂和添加剂（包括稳定剂、润滑塑料的原料是合成树脂和添加剂（包括稳定剂、润滑刑、着色剂、增塑剂、填料以及

11、根据不同用途而加入刑、着色剂、增塑剂、填料以及根据不同用途而加入的防静电剂、防霉剂、紫外线吸收剂等）。的防静电剂、防霉剂、紫外线吸收剂等）。 塑料成型塑料成型重要的有：注塑成型、挤塑成型、吹塑成型、重要的有：注塑成型、挤塑成型、吹塑成型、模压成型等。除模塑制品外，还有薄膜、人造革、泡模压成型等。除模塑制品外，还有薄膜、人造革、泡沫塑料等。沫塑料等。橡胶制品的制造过程橡胶制品的制造过程p 合成橡胶合成橡胶制造橡胶制品时加入的添加物通常称为配合制造橡胶制品时加入的添加物通常称为配合 剂，包括硫化剂、硫化促进剂、助促进剂、防老剂、软剂，包括硫化剂、硫化促进剂、助促进剂、防老剂、软 化剂、增强剂、填充

12、剂、着色剂等。化剂、增强剂、填充剂、着色剂等。p 增强剂与填充剂用量较大增强剂与填充剂用量较大（20）。）。 合成橡胶合成橡胶合成纤维的纺丝过程合成纤维的纺丝过程合成纤维合成纤维通常由线型高分子量合成树脂经熔融纺丝或溶液通常由线型高分子量合成树脂经熔融纺丝或溶液 纺丝制成。加有少量消光剂、防静电剂以及油剂等。纺丝制成。加有少量消光剂、防静电剂以及油剂等。 合成纤维合成纤维1.塑料塑料二、二、高分子合成材料的品种和特性高分子合成材料的品种和特性 塑料塑料是以合成树脂为基本成分，它是在加工过程中可是以合成树脂为基本成分，它是在加工过程中可塑制成一定形状，而产品最后能保持形状不变的材料。塑制成一定形

13、状，而产品最后能保持形状不变的材料。 它具有质轻、绝缘、耐腐蚀、美观、制品形式多样化它具有质轻、绝缘、耐腐蚀、美观、制品形式多样化等等优点优点。其主要。其主要缺点缺点是绝大多数塑料制品易燃烧，在是绝大多数塑料制品易燃烧，在长期使用过程中发生老化现象。长期使用过程中发生老化现象。 根据受热后的情况，塑料可分为根据受热后的情况，塑料可分为热塑性塑料热塑性塑料和和热固性热固性塑料塑料两大类。两大类。前者可反复受热软化或融化，前者可反复受热软化或融化，后者经固后者经固化成型后，再受热则不能熔化，强热则分解。化成型后，再受热则不能熔化，强热则分解。 根据生产量与使用情况可以分为根据生产量与使用情况可以分

14、为通用塑料和工程材料。通用塑料和工程材料。 2. 合成橡胶合成橡胶l 合成橡胶合成橡胶是用比学合成方法生产的高弹性体。经硫化是用比学合成方法生产的高弹性体。经硫化加工可制成各种橡胶制品。加工可制成各种橡胶制品。l 某些合成橡胶具有较天然橡胶为优良的耐热、耐磨、某些合成橡胶具有较天然橡胶为优良的耐热、耐磨、耐老化、耐腐蚀或耐油等性能。缺点是发生老化现象。耐老化、耐腐蚀或耐油等性能。缺点是发生老化现象。l 根据产量和使用情况合成橡胶可分为根据产量和使用情况合成橡胶可分为通用合成橡胶通用合成橡胶与与特种合成橡胶特种合成橡胶两大类。两大类。 线型结构的高分子量合成树脂，经过适当方法纺线型结构的高分子量

15、合成树脂，经过适当方法纺丝得到的纤维称为丝得到的纤维称为合成纤维合成纤维。 与天然纤维相比较强度高、耐摩擦、放蛀、耐腐与天然纤维相比较强度高、耐摩擦、放蛀、耐腐蚀等蚀等优点优点。 缺点缺点是不易着色，未经处理时易产生静电，多数是不易着色，未经处理时易产生静电，多数合成纤维的吸湿性差。因此制成的衣物易污染，合成纤维的吸湿性差。因此制成的衣物易污染，不吸汗，透气性差。不吸汗，透气性差。3. 合成纤维合成纤维三、高分子化合物生产过程三、高分子化合物生产过程聚合官能度数目与合成材料的关系聚合官能度数目与合成材料的关系高分子合成生产过程高分子合成生产过程高分子合成生产过程大体上可分为以下几个工序高分子合

16、成生产过程大体上可分为以下几个工序: :(1)原料准备与精制过程原料准备与精制过程; ;(2)催化剂催化剂( (引发剂引发剂) )配制过程配制过程; ;(3)聚合反应过程；聚合反应过程； ( (6)回收过程回收过程(4)分离过程；分离过程； (5)聚合物后处理过程聚合物后处理过程 u 此外三废处理和公用工程如供电、供气、供水等设备。此外三废处理和公用工程如供电、供气、供水等设备。1. 生产流程评价生产流程评价l 现代化的大规模生产装置基本是连续生产现代化的大规模生产装置基本是连续生产l 连续生产的生产流程对于生产技术和设备的要求较高连续生产的生产流程对于生产技术和设备的要求较高l 间歇生产方式

17、中某一工序发生故障对于整个生产装置的影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 响小响小四、四、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、新产品的开发高分子高分子化合物化合物生产生产流程流程评价评价产品性能的考查产品性能的考查原料路线的考查原料路线的考查能量消耗与利用的考查能量消耗与利用的考查生产技术水平的考查生产技术水平的考查21342. 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。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聚合方法的选择取决于聚合物性质。相同性

18、能的产品，产品质量好，设备投资少，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。其生产成本低的方法将得到发展。其它它方法则方法则逐渐被淘汰。逐渐被淘汰。原始颗粒粒径只有原始颗粒粒径只有1微米左微米左右，适于生产聚乙烯糊。右，适于生产聚乙烯糊。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。反应时间或简化生产过程，从而增加产量，降低成本。3. 生产工艺的改革生产工艺的改革 以高密度聚乙烯的生产

19、为例，早期用的催化剂效以高密度聚乙烯的生产为例，早期用的催化剂效率低，每克催化剂仅可得聚乙烯数千克，生产工率低，每克催化剂仅可得聚乙烯数千克，生产工艺复杂。艺复杂。 高效催化剂高效催化剂每克催化剂可得聚乙烯最高者甚至达每克催化剂可得聚乙烯最高者甚至达到几百万克，简化了生产工序。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。了溶剂，更加简化了生产工序。第一次评价第一次评价第二次评价第二次评价通用塑料：通用塑料：25-250 kg通用橡胶：通用橡胶：100-1000 kg合成纤维：合成纤维：500-20

20、00 kg4. 新产品的开发新产品的开发五、五、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水废水聚合物分离和聚合物分离和洗涤操作排放洗涤操作排放的废水和清洗的废水和清洗设备产生的废设备产生的废水水废渣（粉尘）废渣（粉尘）聚合后树脂聚合后树脂干燥过程干燥过程废气废气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、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催化剂、易燃单体、有机溶剂引起的燃烧与爆炸事故。故。 可燃气体、液体的蒸气

21、或有机固体与空气混合时，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。当达到一定的浓度范围，遇火花就会引起激烈爆炸。例如乙烯的例如乙烯的爆炸极限爆炸极限是是2.7(下限下限)和和34.0(上限上限) 。 高分子合成工业所用的化学品、单体、溶剂、聚合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、致癌物用助剂、加工助剂等，有些已知为剧毒品、致癌物质、具腐蚀性、可长期积累中毒等。质、具腐蚀性、可长期积累中毒等。制约因素：制约因素：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，几乎没有什么科学技术

22、象高分子科学这样在人类历史上，几乎没有什么科学技术象高分子科学这样对人类社会做出如此巨大的贡献。对人类社会做出如此巨大的贡献。”六、六、废旧高分子材料的回收利用废旧高分子材料的回收利用解决途径解决途径 延长使用寿命：减少废弃延长使用寿命：减少废弃 回收利用：低性能应用；降解回收利用：低性能应用；降解自然降解：自然分解回归自然自然降解：自然分解回归自然1. 塑料的贡献与白色污染塑料的贡献与白色污染l 从上世纪六十年代开始从上世纪六十年代开始，塑料，塑料(主要指聚乙烯、聚丙主要指聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯)进入广泛实用阶段。进入广泛实用阶段。l 由于塑料具有很多由于塑

23、料具有很多优点：优点： 取材容易，价格低廉，加工方便，质地轻巧，取材容易，价格低廉，加工方便，质地轻巧，因因此塑料一问世，便深受欢迎，它迅速渗入到社会生活此塑料一问世，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、杯、袋、盆、桶、管等。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。创造了巨大的社会和经济效益。l 塑料被列为塑料被列为20世纪最伟大的发明之一，塑料的普及被世纪最伟大的发明之一，塑料的普及被誉为誉为白色革命白色革命。白色污染白色污染 随着塑料产量不断增大，成本越来越低，我们用过的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、包

24、装用的塑料袋和一次性塑料餐具在大量农用薄膜、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，给景观和环境带来很大破坏。使用后被抛弃在环境中，给景观和环境带来很大破坏。 由于塑料包装物大多呈白色，它们造成的环境污染被由于塑料包装物大多呈白色，它们造成的环境污染被称为称为白色污染白色污染。(1)作为材料再生循环利用作为材料再生循环利用 (2)作为能源回收利用作为能源回收利用(3)作为化学品循环利用。作为化学品循环利用。 A. A. 解聚、水解等方法降解为单体、低分子量化合物。解聚、水解等方法降解为单体、低分子量化合物。 B. B. 裂解为燃料油品。裂解为燃料油品。废旧塑料的油化工艺过程废旧塑

25、料的油化工艺过程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在使用后需要有足够的紫外光作用。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。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。光降解速度受到地理、环境、气候等因素的制约。光降解塑料不足光降解塑料不足生物降解塑料不足生物降解塑料不足加入天然高分子物质，影响塑料的物理机械性能。加入天然高分子物质，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。全生物降解高分子材料制造困难，价格昂贵。一定要接

26、触土壤，在一定温湿度条件下才能加快降一定要接触土壤，在一定温湿度条件下才能加快降 解。解。将两种材料各取所长，互相弥补。将两种材料各取所长，互相弥补。4. 光与生物双降解塑料光与生物双降解塑料光光/ /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、光深圳绿维公司生产的光降解、光/ /生物双降解塑料制品生物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哪两个过程，试比合成橡胶和合成树脂生产中主要差别是哪两个过程，试比较它们在这两个生产工程上的主要差别是什么？较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）