第二章 自由基聚合生产工艺 化工工艺学课件.ppt

第一节 自由基聚合工艺基础 ⒈ 自由基聚合产品特点 自由基聚合是当前高分子合成工业中应用最为广泛的聚合方法。它主要适用于乙烯基单体和二烯烃单体的聚合和共聚。 ⒉ 自由基聚合方法 自由基聚合方法有四种：本体聚合、悬浮聚合、溶液聚合、乳液聚合。 如何选择聚合方法，主要取决于产品的用途所决定的产品的形态和生产成本。 用自由基反应生产合成橡胶时，乳液聚合方法是目前唯一的工业生产方法。 3. 四种聚合方法的工艺特点 第二节 本体聚合生产工艺 ⒈ 定义 本体聚合是指单体在少量引发剂（甚至不加引发剂而是在光、热或辐射能）的作用下聚合为高聚物的过程。 ⒉ 本体聚合的特点 ⑴ 优点 组分简单；工艺过程也较简单，产品杂质少、纯度高、透明性好，尤其适于制板材、型材等透明制品。 ⑵ 缺点 关键问题是反应热的排除。烯类单体聚合热约为55～ 95 kJ／mol。如散热不良，轻则造成局部过热，使分子 量分布变宽，严重的则温度失控，引起爆聚。 ⒊ 为避免爆聚常采用的聚合方法： 鉴于本体聚合的特点，为了使本体聚合能够正常进行,本体聚合工艺分“预聚”和“聚合”两段进行。 ① 预聚: 在聚合初期，采用较高的温度进行聚合反应，利用搅拌加速反应的进行，在较短的时间内达到一定的转化率，使自动加速现象提前到来。 这一阶段的转化率不高，体系的粘度不大，聚合热容易排出。采用较高的温度进行聚合反应，缩短了聚合周期,提高了生产效率。 ② 聚合: 一旦自动加速现象到来就要降低聚合温度，以降低正常聚合的速率，充分利用自动加速现象，使聚合反应基本上在平稳的条件下进行。 避免了由于自动加速现象而造成的局部过热，既保证了安全生产，又保证了产品质量。 ※ 鉴于本体聚合的特点，只有那些聚合热适中的单体才能采用本体聚合方法。 4、 高分子合成工业中的本体聚合体系 在高聚物生产中应用本体聚合方法的有： ⑴ 聚甲基丙烯酸甲酯的生产 甲基丙烯酸甲酯浇铸本体聚合——铸塑本体聚合 ⑵ 高压聚乙烯的生产 乙烯高压气相自由基本体聚合 ⑶ 聚苯乙烯的生产 苯乙烯热聚合(熔融本体聚合)和溶液-本体聚合 ⑷ PVC的生产 氯乙烯非均相本体聚合 5、聚合反应器： ⑴ 形状一定的模型（有机玻璃的生产） ⑵ 釜式聚合釜（聚苯乙烯的生产） ⑶ 管式反应器（高压聚乙烯的生产） ⑷ 塔式反应器（聚苯乙烯的生产） 第三节 悬浮聚合生产工艺 ⒈ 概念 悬浮聚合———溶有引发剂的单体,借助于悬浮剂的悬浮作用和机械搅拌,使单体以小液滴的形式分散在介质水中的聚合过程。 溶有引发剂的一个单体小液滴,就相当本体聚合的一个小单元。因此,悬浮聚合也称为小本体聚合。 悬浮聚合主要组分:单体、引发剂、悬浮剂和介质水 ⒉ 分类 根据单体对聚合物溶解与否分类 ⑴ 均相悬浮聚合 聚合物溶于其单体中,则聚合物是透明的小珠,称之为均相悬浮聚合或称珠状聚合。如：苯乙烯的悬浮聚合 ⑵ 非均相悬浮聚合 聚合物不溶于其单体中,聚合物将以不透明的小颗粒沉淀下来，称之为非均相悬浮聚合或称沉淀聚合。 如：氯乙烯、偏二氯乙烯的悬浮聚合。 3、悬浮聚合的组分 ⑴ 单体 杂质对聚合速率和产品质量可能产生的影响： ① 杂质的阻聚作用和缓聚作用 ② 杂质的链转移作用 ③ 杂质的加速作用和凝胶作用 减少单体中杂质的含量是保证聚合反应正常进行和产品质量的关键措施之一。 悬浮聚合中单体的纯度一般要求99.98%。 ⑵ 介质水 介质水的作用： 分散作用——单体的分散、悬浮介质，使单体和聚合物粒子成为稳定的分散体系。 传热介质——作为传热介质，把聚合热排出体系。 水中杂质的影响：（杂质主要是铁离子、镁离子、钙离子及可见杂质）影响聚合物色泽、聚合稳定性、使聚合缓聚等。 ※ 高分子合成工业中用去离子水做聚合用水。 ⑶ 悬浮剂 悬浮剂作用——能