聚合物合成工艺-第8章精要.ppt

第八章 线型缩聚原理及生产工艺 8.1概述 8.1.1缩聚反应 含有反应性官能团的单体经缩合反应，析出小分子化合物，生成聚合物的反应称为缩合聚合反应，简称缩聚反应。 缩聚反应的工艺特点与理论基础 ①缩聚反应为逐步进行的平衡反应，产物的聚合度与反应的程度有关 后期反应的速度较慢，必需加入催化剂 γ＝NA/NB 1，Xn=1/(1-p) ②原料的配比及纯度要求严格 设反应的转化率为100％ P 1时，Xn=(1+γ)/(1-γ) 缩聚反应的工艺特点与理论基础 ③封端的重要性 单官能团物质的封端作用 A.调节分子量 B.起黏度稳定剂的作用 封端后的大分子不再进行缩合反应，可以起到分子量稳定剂的作用；否则两官能团之间还会在成型加工时进行反应，使黏度增加（进一步缩聚）或缩小（发生解聚）。 缩聚反应的工艺特点与理论基础 反应析出的小分子和平衡常数K的影响 以酯化反应为例 K=([COO]×[H2O])/([COOH]×[OH]) ＝p[H2O]/([M]0×[1-p]2) ＝p[H2O]Xn2/[M]0， 令nw（水的质量分率）＝[H2O]/[M]0，则Xn2＝K/pnw，当p接近100％时， Xn＝√K/nw。 8.2实施方法 8.2.1熔融缩聚 在无溶剂的情况下，使反应温度高于原料和生成聚合物的熔融温度，即反应器中的物料在始终保持熔融状态下，进行缩聚反应的方法。 ①优点 工艺过程简单 成本较低 污染小 操作方式灵活 可以是间歇式，也可以是连续式 设备单位体积的生产率高 熔融缩聚 ②缺点 反应温度高 要求单体和聚合物在反应的温度下不分解 对单体的纯度和配比要求高 反应过程中物料十分黏稠 造成小分子不易脱除，故不易使产物的分子量大幅提高 易产生副反应 反应热容易集中 对聚合设备的要求高（密封性能和搅拌器的设计等） 目前，熔融缩聚仍是大品种缩聚物的主要生产方法，如涤纶、锦纶等的生产。 8.2实施方法 8.2.2 溶液缩聚 将单体和聚合物溶解在溶剂中进行缩聚反应的方法。 该法适用于不宜采用熔融缩聚法生产的缩聚物，如芳族、芳杂环类缩聚物的生产。 8.2.3界面缩聚 将可以进行缩聚反应的两种有高反应活性的单体分别溶于两种互不相溶的溶剂当中，使反应在两相的界面上进行的方法，如PC的生产。 8.2实施方法 8.2.4固相缩聚 反应温度在单体或预聚物的熔融温度以下进行缩聚反应的方法。 主要有两种情况 a.分子内含有两种可相互反应基团的结晶型单体进行的缩聚反应，如α，ω-氨基酸，环状内酰胺等的缩聚。 实施方法 b.预聚物的固相缩聚 以预聚物为起始原料，在其熔点以下进行固相缩聚，主要目的是提高产物的分子量。 该法主要用来生产分子量非常大，且质量要求高的聚合物，如PET、PBT、尼龙6、尼龙-66等。 先采用熔融缩聚生产预聚物，当分子量达到一定程度，体系的黏度太大，用熔融缩聚法已经很难再使反应继续进行下去时，改用固相缩聚法进行进一步的缩聚。 固相缩聚的一般工艺 将具有适当分子量的预聚物粒料（颗粒体积一般要求＜0.03cm3）或粉料，在设备中于真空下或惰性气流中，在Tg～Tm之间进行反应。 各种聚合方法的比较 8.3熔融缩聚生产工艺 8.3.1原料的配方与设计 ①单体与配比 分子中含有两种官能团的单体 如α，ω-氨基酸、己内酰胺等，需严格精制并根据分子量要求，计算分子量调节剂的用量。 2，2-官能团体系 酰胺类单体需预先制成盐类。如尼龙1010盐，计算分子量调节剂的用量。 对于聚酯类单体需先制成缩合物。如BHET，再计算应加入的分子量调节剂的用量。 8.3.1原料的配方与设计 ②催化剂 各种反应体系要求的种类和用量不同，以金属化合物为主。 ③稳定剂 主要为抗氧化剂（如亚磷酸三甲酯、磷酸三甲酯－TMP等）和UV稳定剂。 ④其它添加剂 根据产物的性能要求，有时需添加消光剂、增白剂、颜料等。 8.3.2 缩聚工艺 ①操作方式 间歇操作和连续操作都适合。 连续操作时，采用多釜串联，但各釜的工艺条件不同。 一般是逐级提高反应温度和体系的真空度。 这样可以不必使各釜都必需满足苛刻的工艺要求，降低设备的制造费用和操作成本。 8.3.2 缩聚工艺 ②缩合方式 直接缩合 要求单体的纯度高，如果单体容易精制，可以采用直接缩合的方式。 酯交换法 对于单体的纯度要求稍低。如单体不易精制，可以先进行缩合，制成缩合单体，再通过酯交换 。 主要的反应器类型 立式无搅拌反应釜 立式搅拌反应釜 主要反应器简介 卧式反应釜 管式反应器 如尼龙66聚合用的VK管、U型管。 8.4涤纶-PET生产工艺 8.4.1概述 8.4.