《聚合物制备工程》第4章试题及答案.docx

第4章合成树脂与量料1 .在聚乙烯有哪些品种？分别采用哪种聚合方法制备？其分子结构有何特点？答：聚乙烯品种有低空度聚乙烯（1.DPE,高压聚乙烯）、高骐度聚乙烯（HDPE.中、低压聚乙扁）及线形低密度聚乙烯（1.1.DPE,低压聚合：乙烯-长链烯足共聚物）；1.DPE主要又高压自由基溶液聚合或本体聚合制得,聚合物有长短不一的侧支链；HDPE则是采用配位阴离子聚合引发剂于低压下或中压下，用淤浆聚合,或气相本体聚合及液相本体聚合制得，HDPE结构特征是没有侧支链,结晶度高，分子箧规整度高。1.1.DPE也是采用配位阻离子聚合引发剂于低压下或中压下将乙烯与长住-烯月经淤浆聚合，或气相本体聚合及液相本体聚合制得.1.1.DPE结构特征是聚合物有同样长度的侧支链,分子链规整度高但结晶度低.密度低,密度可调。2 .试用流程框图描述1.DPE生产工艺，并用文字描述生产工艺。答：1.DPE生产工艺流程图：<1.tt乙好瓜Nr聚合物与乙单体的分桌乙烯高压聚合生产流程既可用于釜式聚合反应器,也适用于管式聚合反应器C来自乙烯猜制车间的3.（）33MPa新鲜原料乙烯,与来自低压分离器的循环乙烯经一次压缩至25MPa左右，然后与来自高压分圈器的循环乙烯混合进入二次压缩机O二次压缩机的最高压力因聚合设备的要求而不同。管式反应器要求最高压力达3（X）MPa或更高些，釜式反应器要求最高压力为250MP1.U经二次压缩达到反应压力的乙烯冷却后进入聚合反应器C工业上有两种不同形式的聚合反应器；釜式反应器和管式反应器。引发剂则用高压泵送入乙烯进料口,或直接注入聚合设备。反应物料经适当冷却后进入高压分离雳，减压至25MPa0未反应的乙烯与聚乙魅分离并经冷却脱去帽状低聚物以后.回到二次压缩机吸入,经加压后循环使用。聚乙烯则进入低压分离器.欺压到SIMPa以下,使残存的乙烯进一步分离。乙睛循环使用。聚乙烯恻脂在低压分离器中与抗级化剂等添加剂混合后经挤出切粒,得到柱状聚乙烯,被水流送往脱水振动器,大部分水分离后,进入离心干燥需,以脱除表面附着的水分,然后经振动筛分去不合格的粒料后成品用气流输送至计量设备计量.混合后为一次成品，然后再次进行挤出、切粒、离心干燥,得到二次成品。二次成品经包装出厂为商品聚乙烯。3 .简述1.DPE生产过程的主要影响因素。答：在乙端高压自由基聚合过程中常用丙烷或丙烯作分子量调节剂，因乙烯常压是气体，因此生产1.DPE时.压力、温度、引发剂及丙烷或丙烯用量均是影峋1.DPE结相的主要影响因素,具体表现为：压力越高聚合物的侧支链的数呈越多，支链的长度越长；聚合温度越高，链转移速度越快.分子量越低，支化度越大、端乙烯基含量越高、分子量分布越宽；引发剂用量越大,分子至越低,支化度越大、端乙烯基含圭超高、分子量分布越宽：引发剂用呈越大：链转移剂丙垸或丙烯用量越大,分子量越低,侧支链长假越短；其次乙睛的纯度也影响最终1.DPE的分子量大小。4 .釜式与管式反应器生产的1.DPE各有何特点？为什么？答：1.DPE的釜式工艺：转化率：24-26%;压力：1.1.O-174MPa;有机过氧化物；反应器混合状态：全混；MWD窄，支化多,凝胶微粒多，通用产品；有利共聚：共聚产品多.可以生产乙烯结合量高达40%的EVA。1.DPE的管式工艺：转化率：-36%;压力：2OO-35OMPa;氧气或有机过氧化物；反应器混合状态：平推流；MwD宽.支链较少.适于薄崇产品；共聚产品少。原因：对于釜式反应器,主要在于釜式反应器的物料一次性全投入,而聚乙烯为本体聚合,温度是控制器分子星分布及支化度的主要影响因素,釜式反应产物分布窄（温度在全过程均匀不变）,支化多是由于其压力可达值较小。而管式反应器为平推流模型,温度循径向有变化,但其可承受压力较高,故产品分子量分布宽.支化少。由于加料为半连续或连续.其共聚产品较少。5 .聚丙烯两种工艺的特点是什么，哪种方法更为先进？答：聚丙烯的生产工艺从品初的淤浆法发展至现今的气相本体法和液相本体法两种主要工艺，前者代表性工艺AmOCO公司，后者的典型代表是HimOnt公司生产工艺。两者各有特色O液相本体聚合法的优点是：对原料丙烯的纯度要求不高,催化剂活性高、原料丙精和催化剂消耗及舱耗较低.流程比较简单,产品等规度较高。气相本体聚合法的优点设计不使用溶剂或大量的液态丙烯,因此工艺中无需储存和处理大量的溶剂,总工艺安全得到改迸,且因催化剂活性高.无需预聚合.流程胶H-法更筒单,且可生产高强度抗冲性PP更好.一般认为AmoC冶司的气相体法更为先迸。6 .思考题：聚丙烯催化剂经历了几代的发展，每次催化剂的重大发展，对聚丙烯聚合工艺过程产生了何种影响？答：自ZiegIer-NaUa聚丙扁催化剂问世以来,只经历了四代聚丙烯催化剂,具中：（1）第一代催化剂，主要组成为TiCIVEI2A1CI.第一代催化剂实现了丙烯的聚合,从而使丙烯聚合制得具有优异力学性器的聚丙烯产品，但第一代催化剂的活性不高，立构规整度$交差，产品需要后经脱灰、脱挥处理,生产工序比较繁琐，设备投资较大,产品性能单一而且差。第二代催化剂，主要组成TicIVEtzAIC1.Z1.euis酸.为改善第一代催化剂活性不足,立构规整性差的缺点,加入了第三组分1.CUiS酸.使催化剂的活性较第一代提高了45倍,立构规整度提高,但产品仍需要后处理，除去过渡金属催化剂。（3）第三代催化剂高效催化剂载体。实购证明Ti在聚合时活性很低,利用率不高.为提高过渡金属的催化活性,将主催化剂经球形MgCI2负载,从而使催化剂效率提高。第三代催化剂的主要成分TiCW给电子体/EhAVMgC1.因第三代催化剂的催化活性极大提高.立构规整度提高,致使产品无需脱灰、脱挥处理,工艺过程商单,设备投费减少.产品质量提高。（4）第四代催化剂颗核反应器技术。第四代催化剂在第三代催化剂的基础上增加了MgCI2的表面积和反应面积，使MgC1.2分散均匀,每一个MgCh都成为一个反应器，反应效率大大提高，而且可采用不同催化剂或液相本体与气相本体结合制备具有双峰分布的内增制聚丙烯产品。严格地说，近年来发展起来茂金属催化剂还不能称为第五代聚丙烯催化剂,原因是，工业化时助催化剂以来仍偏高,导致成本不能与与第三代催化剂制得的PP竞争。其深远的意义在于：可得窄分布聚合物,实现共聚物的序列可控聚合。7 .试用流程框图描述通用聚苯乙烯生产工艺，并用文字描述生产工艺；简述其生产过程主要采用什么手段进行控制？为什么？答:流程描述：首先单体苯乙蹄连续进入釜式反应器迸行预聚（一般配置2个釜,以供切换使用）,控制预聚反应温度在8O9OC,转化率控制在3035%,然后连续进入2个串联的塔式反应器。当转化率达到规定的指标后经最后一级塔式反应器经高高玷度泵（凸轮泵）注入脱挥反应器，脱挥完毕直接压入挤出机进行酹出造粒包装。主要控制条件：单体纯度.聚合反应速率（阶段升温），粘度和反应热（排除反应叛.否则易暴聚）.转化率，相对分子质量（对力学性能影响大），与反应温度（阶段升温）惰性气体保护(已知PS热氧化变黄.提高透明度)。8 .用方块图及文字简述发泡聚苯乙烯聚合的生产工艺过程?答：一步法可发性聚苯乙烯(EPS)生产工艺流程框图如下：流程叙述：(1)原料准备：向分散剂配制槽去离子水(DW),开启搅拌.加入计量的分散剂(HEC).直至搅拌成透明的溶液,备用；向苯乙端计量曜加计量的云乙烯,然后加入助剂(发泡剂、阻燃剂)；搅拌规定时间后停搅拌.篇用；(2)聚合及混料与分离聚合向聚合釜加计量的去离子水,开启搅拌,从分散剂溶解曜将分散剂水溶液放入聚合釜中，继续搅拌020分钟然后从单体高位计量槽将溶有发泡剂、陷燃剂的装乙烯弟体放入聚合釜中.同时招引发剂BPO从釜盖上的加料混斗加入聚合釜中，升温至9O±1C.并在此温馁反应57小时,测定颗粒硬度,但硬度合格后,降温至40C;混料聚合完毕后在搅拌下从聚合釜经泵打入批次混合槽中,且批次混合槽惯拌一直处于开店状态；待批次混合槽有34批产品的分散液后，可以进行离心分圈等后续工序;圈心分离将混合好的多批次EPS分散液经泵打入开启的卧式封闭性圈心机进行分离.水相作为废水进入废水处理工序,含微量水的EPS颗粒,经轴流风机将EPS打入立式干煤塔中干燥；(3)干燥、筛分、推出造粒与包装将气流干燥塔出来的EPS颗粒经筛分后.先进入三个漏斗式中间储存椎,然后分别JS入三个挤出造粒机,同时在进入造粒的同时向挤出造粒机加入涂覆剂(Coa1.ing),挤出造蛇后的粒子可以直接包装,或经轴流风机打入配制的2个大料仓(Si1.。)。9 .如何采用本体聚合(自由基聚合)生产高分子量聚苯乙烯，解释其原因。(数均分子量大于40万)答：本体聚合的特点是RS若单体转化率的升高.体系粘度成倍增大,苯乙烯的本体聚合的特点是在高温下苯乙烯单体之间就可发生Diek-AkIer反应而生成自由基，而且温度越高.这个反应越快,生成的初级自由基越多,分子量越低。因此由本体聚合法制备高分子量聚苯乙烯（数均分子量大于40万）,应采用外加引发剂的低温聚合工艺,即加入裂解温度较低的油溶性引发剂，在低于80C下聚合，通过控制引发剂用量来制取高分子量的聚苯乙烯,为保证物料输送，单体转化率应控制在低水平（和通用苯乙烯本体制备工艺相比）。10 .试用流程框图描述HIPS的生产工艺，并用文字描述生产工艺；指出制备H1.PS的关键控制过程是什么？答：笨乙烯II|溶蝌一|本体位-I-1本体-序条造粒I»产品聚合：由预聚和终聚两部分组成.预聚在较低的温度（如90C）并伴有良好的搅拌条件下迸行：终聚则在较高温度下进行（如120C）,通过加入溶剂来降低反应体系的粘度。后处理:在高温、高真空的操作条件下,脱除熔体中的溶剂和残留单体。本体法聚合时，首先招橡皎溶解于聚乙烯单体中。在与聚合反应转化至6%10%时，就开始形成两相,即PS相和橡胶相。这样,不乙烯中的PS相和苯乙烯中的橡跤相达到一定的相体枳比时,在切应力愦拌存在下，即发生相变。此时，橡胶在反应系统中的相容性降低,因像胶析出而体系粘度骤降.而切应力的存在使爆胶颗粒分散为切断小垃.这便是本体聚合法生产HIPS的关键所在。11 .用方块图及文字简述PVC塑料树脂聚合的生产工艺过程与控制方法？答：由氯乙烯经悬浮法制取PVC树脂的流程框图如下：*1.1.««(VtMMHVCMVCMKtjt*松过(1)水油比一；积密度，(2)搅拌桨速度(3)聚合温度一底加Dw)T-()控制方法包括:棚脂颗跤孔隙度,堆,颊粒粒径及分布分子壑及其分布.一般控制在57±0.2C(4)换作压力0.720.85MPa皮木12 .为什么氯乙烯的聚合必须严格控制聚合温度的微小波动?答：任何聚合物的聚合度都可用如下万程来计算：77_RP_RP歹">v+>+-将分子分田倒过来,就有:=Krt+%s+J+kg(2)1=f4+ZrG+Z僧+得RpRp'RpRp因氯乙烯的悬浮聚合,活性聚合物链向溶剂(水)转移的速率几乎为零(第二I页),故看仙s=0.又因氯乙烯悬浮聚合使用的引发剂链转移常数非常小.因此式(2)右边的第3项A也为零.，因氯乙烯悬浮聚合体系不加硫爵类调节剂,故式(2)的右边的第4项JIk他为零,因此式(2)可简化为：呆%即而氯乙烯的链转移常数很大，因此氯乙烯悬浮聚合的PVC的分子量由毋体的隆转移常数大小所决定,而链转移常数仅与温度相关,因此氯乙烯聚合制备PVC时的产品的分子量仅与温馁有关,温度波动越大,分子星分布越宽