（已排版）聚合物合成工艺学课后习题全解

聚合物合成工艺学课后习题全解

1. 何谓三大合成材料？简要说明他们的特点。

答:（1）用合成的高分子化合物或称做合成的高聚物为挤出制造的有机材料，统称为合成材 料。其中以塑料、合成纤维、合成橡胶 塑料、 塑料 合成纤维、合成橡胶称为三大合成材料。 （2）特点：

塑料是以合成树脂为基本成分，具有质轻、绝缘、耐腐蚀、美观、制品形式多样化等。塑料大多是有机材料， 因此其主要的缺点是绝大多数塑料制品都可以燃烧， 在长期使用过程中由于光 线、空气中氧的作用以及环境条件和热的影响，其制品的性能逐渐变坏，甚至损坏到不能使 用，即发生老化现象。 合成橡胶是用化学的合成方法产生的高弹性体。 经硫化加工可制成各种橡胶制品。 某些种类 合成橡胶 的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。 合成纤维，线型结构的高分子量合成树脂，经过适当方法纺丝得到的纤维称为合成纤维。

合成纤维 成纤维与天然纤维相比较，具有强度高、耐摩擦、不被虫蛀、耐化学腐蚀等优点。缺点是不 易着色，未经过处理时易产生静电荷，多数合成纤维吸湿性差。

2. 合成高分子化合物的聚合反应主要包括哪两大类？

答：合成高分子化合物的聚合反应主要包括连锁聚合反应和逐步聚合反应两大类。

3. 单体储存时应注意什么问题，并说明原因？

答：单体储存时应达到防止单体自聚、着火和爆炸的目的。

（1）防止单体自聚，为了防止单 体自聚，在单体中添加少量的阻聚剂。 （2）防止着火，为了防止着火事故发生，单体储罐要 远离反应装置，储罐区严禁明火以减少着火的危险。

（3）防止爆炸，防止爆炸事故的发生， 首先要防止单体泄露， 因单体泄露后与空气接触产生易爆炸的混合物或过氧化物； 储存气态 单体或经压缩冷却后液化的单体的储罐应是耐压的储罐；高沸点的单体储罐应用氮气保护， 防止空气进入。

4. 聚合物反应产物的特点是什么？

答：①聚合物的相对分子量具有多分散性。

②聚合物的形态有坚韧的固体、粉状、粒状和高粘度的溶液。

③聚合物不能用一般产品精制的方法如蒸馏、重结晶和萃取等方法进行精制和提纯。

5. 选择聚合方法的原则是什么？ 答： 聚合方法的选择原则是根据产品的用途所要求的产品形态和产品成本选择选择适当的聚 合方法。

6. 生产单体的原料路线有几条？试比较它们的优缺点？ 答：工业上生产的高聚物主要是加聚高聚物和缩聚高聚物。当前主要有两条路线。 （1）石油化工路线（石油资源有限） ）石油化工路线（石油资源有限） 石油经开采得油田气和原油。原油经炼制得到石脑油、煤油和柴油等馏分和炼厂气。

以 此为原料进行高温热裂解可得到裂解气和裂解轻油。裂解气经分离精制可得到乙烯、丙烯、 丁烯和丁二烯等。裂解轻油和煤油经重整得到的重整油，经加氢催化重整使之转化为芳烃， 经抽提（萃取分离）得到苯、甲苯、二甲苯和萘等芳烃化合物。

（2）煤炭路线（资源有限，耗能大） ）煤炭路线（资源有限，耗能大）煤矿经开采得到煤炭，煤炭经炼焦得煤气、氨、煤焦油和焦炭。煤焦油经分离精制得到 苯、甲苯、二甲苯、萘和苯酚等。 焦炭与石灰石在高温炉中高温加热得到电石（CaC2） ，电石与 H2O 反应得到乙炔。 炔可以合成氯乙烯、醋酸乙烯和丙烯腈等单体或其他有机原料。

（3）其他原料路线 ） 主要是以农副产品或木材工业副产品为基本原料，直接用作单体或经化学加工为单体。 本路线原料不足、成本较高，但它也是充分利用自然资源，变废为宝的基础上小量生产某些 单体，其出发点是可取的。 7. 简述由最基本的原料（原油、天然气和煤）制造高分子材料的过程。 答：石油化工路线（石油资源有限） 石油经开采得油田气和原油。原油经炼制得到石脑油、煤油和柴油等馏分和炼厂气。以 此为原料进行高温热裂解可得到裂解气和裂解轻油。裂解气经分离精制可得到乙烯、丙烯、 丁烯和丁二烯等。裂解轻油和煤油经重整得到的重整油，经加氢催化重整使之转化为芳烃， 经抽提（萃取分离）得到苯、甲苯、二甲苯和萘等芳烃化合物。

答：煤炭路线（资源有限，耗能大） 煤矿经开采得到煤炭，煤炭经炼焦得煤气、氨、煤焦油和焦炭。煤焦油经分离精制得到 苯、甲苯、二甲苯、萘和苯酚等。 焦炭与石灰石在高温炉中高温加热得到电石（CaC2） ，电石与 H2O 反应得到乙炔。由乙 炔可以合成氯乙烯、醋酸乙烯和丙烯腈（jing）等单体或其他有机原料。 8. 请写出 10 种用自由基聚合获得的高聚物。

答：高压聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯脂、聚丙烯酸酯、聚丙烯 腈、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶。

9. 在高聚物生产中有几种聚合物是采用本体聚合方法合成的？

答：在高聚物工业生产中采用本体聚合方法的有高压聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯 等，少数工厂一部分聚氯乙烯用本体聚合法生产。 10. 本体聚合的主要组分是什么？本体聚合的特点是什么？

答：定义：本体聚合是指单体在少量引发剂的（甚至不加引发剂而是在光、热或辐射能）的 作业下聚合成高聚物的过程。

组分：是单体加有（或不加）少量引发剂的聚合，可以包括熔融聚合和气相聚合。

特点：

（1） 优点： 本体聚合的主要优点是聚合体系中无其他反应介质，组分简单，工艺过程较简单，当单 体转化率很高时可以省去分离工序和聚合物后处理工序， 可直接造粒得粒状树脂； 同时设备 利用率高；产品纯度高。

（2） 缺点 ： 其缺点是体系粘度大、聚合热不易排出，自动加速现象严重，易产生爆聚，轻者影响产 品质量，重者是聚合失败。

11. 悬浮聚合有哪几种？与本体聚合相比较其优缺点是什么？

答：悬浮聚合是指溶有引发剂的单体，借助悬浮剂的作用和机械搅拌，是单体以小液滴的形 式分散在介质水中的聚合过程。 悬浮聚合分类 ：悬浮聚合可根据单体对聚合物溶解与否，将其分为均相悬浮聚合和非均相悬浮聚合。

（1） 均相悬浮聚合 ） 如果聚合物溶于其单体中， 则聚合物是透明的小珠， 该种悬浮聚合称为均相悬浮聚合或 称珠状聚合。

（2） 非均相悬浮聚合 ） 如果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， 该种悬浮聚合称为 非均相悬浮聚合或称沉淀聚合。 优点： ①体系粘度低，传热和温度容易控制，产品分子量及其分布比较稳定 ②不容易产生自动加速现象 ③生产成本较低

缺点： ①产物带分散剂残留物 ②工业上采用间歇法生产，难以实现连续化生产 ③需后处理工序。

12. 悬浮聚合的主要组分是什么？对各组分的要求如何？

答：悬浮聚合的主要组分是单体、引发剂、悬浮剂和介质（水） 单体：

要求：对单体进行精制，时期纯度达到要求才能进行聚合。 （杂质的阻聚作用和缓聚作 单体：要求对单体进行精制，时期纯度达到要求才能进行聚合。 用；加速作用和凝胶作用；杂质的链转移作用）

介质水：因此，高分子合成工业中用去离子水做聚合用水。 （在悬浮聚合中使用大量的水作 介质水：因此，高分子合成工业中用去离子水做聚合用水。 为介质。 氯离子、 铁离子、 镁离子、 钙离子及可见杂质使聚合物带有颜色并使产品质量下降， 水中的氯离子还能破坏悬浮聚合的稳定性， 使聚合物粒子变粗； 水中的溶解氧能产生阻聚作 用，延长诱导期，降低聚合速率。 ） 悬浮剂：

引发剂：

13. 何为均相溶液聚合？何谓非均相溶液聚合？

答：溶液聚合是单体和引发剂溶于适当的溶剂中聚合为高聚物的过程。 （1）均相溶液聚合 单体溶于溶剂中，聚合物也于溶剂中，形成聚合物溶液，这种溶液聚合体系称为均相溶 液聚合。 （2）非均相溶液聚合 单体溶于溶剂中，聚合物不于溶剂中，形成固体聚合物沉淀出来，这种溶液聚合体系称为非 均相溶液聚合。

14. 溶液聚合中溶剂的作用是什么？选择溶剂的原则是什么？ 溶液聚合中溶剂的作用是什么？选择溶剂的原则是什么？ 答：溶液聚合中使用的溶剂可作为传热介质并且抑制了凝胶效应，防止自动加速现象，因此 反应易于控制，易于调节产品的分子量及其分布。 在溶液聚合中，溶剂的种类和用量直接影响着聚合反应的速率、聚合物的相对分子质量、聚 合物相对分子量分布和聚合物的构型。因此，选择适当的溶剂很重要。选择原则是： ①溶剂对自由基聚合不能有缓聚和阻聚等不良影响（2）为了得到一定相对分子质量的聚合物，溶剂的的用量不能太大 ③如果得到聚合物溶液，则选择聚合物的良溶剂，而要得到固体聚合物，则应选择聚合物的 非溶剂 ④尚需考虑毒性和成本问题

15. 何谓乳液聚合 其主要组分和各组分的作用是什么？乳液聚合的特点是？ 答：乳液聚合是指单体在乳化剂的作用下分散在介质水中形成乳状液（液/液分散体系） ，在 水溶性引发剂的作用下进行聚合，形成固态高聚物且分散于水中（称为乳胶） ，此时的乳状 液称为固/液分散体系。

组分：油溶性单体、水溶性引发剂、水溶性乳化剂和介质水。

作用：①乳化剂的乳化作用：某些物质能降低水的界面张力，对单体有增溶作用，对单体液 滴有保护作用， 能使单体和水组成的分散体系成为稳定的难以分层的乳液， 这种作用称为乳 化作用。 ②介质水：作为分散介质，有较高的比热，散热较易。

特点：①以水为介质，价廉安全，且对传热十分有利 ②分散体系稳定性优良，可以进行连续操作，聚合物乳胶可以作为胶黏剂、涂料或表 面处理剂等直接利用。 ③用固体聚合物是，需要加电解质破乳、水洗和干燥等工序，工序过程较复杂 ④乳液聚合体系中基本上消除了自动加速现象， 乳液聚合的聚合塑料可以很高， 聚合 物的相对分子质量也很高。 ⑤乳液聚合不仅可以用于合成树脂用聚合物的生产， 而且可以用橡胶用聚合作用聚合 物的生产。

16. 何谓乳化剂？乳化剂作用是什么？乳化剂有哪几种？使用有何不同？有哪些指标来表征乳化剂的性能？

答：具有乳化作用的物质称为乳化剂。某些物质能降低水的界面张力，对单体有增溶作用， 对单体液滴有保护作用， 能使单体和水组成的分散体系成为稳定的难以分层的乳液， 这种作 用称为乳化作用。

作用：①降低表面张力，使单体分散成细小液滴 ②在液滴表面形成保护层，防止凝聚，是乳液稳定 ③形成胶束，是单体增溶。 乳化剂的种类：阳离子型、阴离子型、两性和非离子型四种。 使用：阳离子表面活性剂是乳液聚合工业中应用最广的，通常是在 Ph>7 的条件下使用。 阴离子表面活性剂，通常是在 Ph<7 的条件下使用,最好低于 5.5 性能：

有三个指标来表征：①临界胶束浓度（CMC） ②亲水—亲油平衡值（HLB） ③三相平衡点

17. 写出乙烯、丙烯和二烯烃的配为聚合的引发剂。 答：①乙烯配为聚合的引发剂 低压法常用的引发剂是 TiCl4+Al(C2H5)2Cl 中压法常用的引发剂是载于载体上的金属氧化物。 常用的有两种： 三氧化铬载于二氧化硅—三氧化铝载体上。三氧化钼载于活性氧化铝上，常称为美孚法②丙烯配为聚合的引发剂 用于生产有规聚丙烯的 Ziegler—Natta 引发剂最基本的组成是 a—TiCl4+Al(C2H5)2Cl ③二烯烃配位聚合常用的引发剂是 Ni—三元引发剂 18. 讨论在离子聚合中聚合方法和操作方法与自由基聚合有何不同，并说明原因。

答： 离子聚合所用的引发剂对水极为敏感， 因此，离子聚合的实施方法中不能用水作为介质， 即不能采用悬浮聚合和乳液聚合， 离子聚合只能采用本体聚合和溶液聚合， 并且单体和其他 原料中含水量应严格控制。 操作方法有间歇方法和连续方法

离子聚合：增长活性中心为离子的连锁聚合。

在自由基聚合过程中引发剂种类对链增长反应无影响， 单离子聚合过程常存在其种类的不同 会明显影响增长链末端的性质。

19. 何谓线型聚合？线型聚合的实施方法有哪几种？

答：是含有两个官能团的低分子化合物，在官能团之间发生反应，在缩去小分子的同时生成 线型高聚物的逐步可逆平衡反应。 在高分子合成工业中，线型缩聚的实施方法主要是熔融缩聚、溶液缩聚、和界面缩聚，近年 来固相缩聚亦有发展。

20. 何谓界面缩聚？影响界面缩聚的主要因素是什么？

答：界面缩聚是将两种单体分别溶于两种互不相容的溶剂中，制成两种单体的溶剂，在两钟 单体溶液的就诶面处发生反应而形成高聚物的过程。 影响因素：（1）单体配料比 （2）单官能团化合物会降低产物相对分子质量。 （3）产物相对分子质量与产率的关系 （4）温度：不是主要因素。 （5）溶剂性质 （6）水相的 pH 值 （7）乳化剂可加快反应速率，提高产率，反应的重复性好。 21. 何谓体型缩聚？在体型缩聚中为什么要分两步进行？

答：在缩聚体系中，参加反应的单体中只要有一种单体具有两个以上官能团 （平均官能度 f>2） ，缩聚反应向着三个方向发展，生成体型缩聚物。生成体型缩聚物的缩聚反应称为体型 缩聚。 在体型缩聚中必须严格控制反应程度， 防止在缩聚釜中转变为体型缩聚物， 以致造成生产事 故； 在成型加工阶段也要注意调节体型缩聚物的生成速度， 以防止过早或过迟生成体型缩聚物。 22.何谓聚氨酯？聚氨酯有几大类？合成聚氨酯的原料是什么？ 答：凡是在大分子主链中含有 NHCOO 氨基甲酸脂基的聚合物称为聚氨酯甲酸脂，简称聚 氨酯。 聚氨酯有两类：聚酯型聚氨酯和聚醚型聚氨酯。 合成聚氨酯的原料是二异氰酸和端羟基化合物。

23. 试写出合成聚氨酯有关的聚合反应方程式。

王久芬版 P148） 试写出合成聚氨酯有关的聚合反应方程式。

24. 试说明合成聚氨酯泡沫塑料的组分及各组分的作用。 答：异氰酸脂：主要原料 聚醚或聚酯多元醇： 主要原料

催化剂：控制发泡反应。

发泡剂：用于产生气体，形成泡沫。

泡沫稳定剂：降低原料各组分的表面张力，增加互溶性剂稳定发泡过程，有利于得到均匀的 泡沫微孔结构。提高孔壁强度，防止泡沫坍塌。 开孔剂：增加开孔结构

其他组分：为了提高质量或获得某些特性，可加入一些辅助原料。如含卤素。磷的化合物， 以达到阻燃的目的，还可以加入防老剂、光稳定剂、水解稳定剂、防震剂、增强剂和着色剂 等。

25. 乙烯进行自由基聚合时，为什么要在高温高压的苛刻条件下进行？

答：乙烯没有取代基，结构对称，偶极矩为 0，不易诱导极化，聚合反应的活化能很高，不 易发生聚合反应；乙烯在常温下为气体，且不易北压缩液化， ；纯乙烯在 350℃下是稳定的， 温度高于 300℃，乙烯将发生爆炸性分解，分解为 C、H2 和 CH4 等；为防止 PE 发生凝固，温 度不能低于 130℃。 鉴于以上原因，提高反应温度可以增加单体分子的活性，以达到所需要的活化能，有利 于反应的进行。乙烯在高压下被压缩，使其密度近似液态烃的密度，有利于反应的进行。

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