第八章 聚合办法.doc

第八章 聚合方法 习题参考答案 1．解释下列名词： （1） 聚合反应与聚合方法 （2） 本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合 （3） 熔融缩聚、溶液缩聚、界面缩聚、固相缩聚 解答： （1） 聚合反应：主要是指单体到聚合物的合成反应，主要涉及聚合反应机理、反应条件—如引发剂、溶剂、温度、压力、反应时间等。 聚合方法：主要是指完成一个聚合反应所采用的方法。主要涉及聚合工艺、配方、原料精制、产物分离及后处理等。 （2） 本体聚合：不加其它介质，单体在引发剂、或催化剂、或热、光、辐射等其它引发方法作用下进行的聚合。 溶液聚合：单体和引发剂或催化剂溶于适当的溶剂中的聚合。 悬浮聚合：单体以小液滴状悬浮在分散介质中的聚合。 乳液聚合：单体在水介质中，由乳化剂分散成乳液状态进行的聚合。 （3） 熔融缩聚：在体系中只有单体和少量催化剂，在单体和聚合物熔点以上（一般高于熔点10～25OC）进行的缩聚。 溶液缩聚：单体、催化剂在溶剂中进行的缩聚。 界面缩聚：单体处于不同的相态中,在相界面处发生的缩聚。 固相缩聚：在原料(单体及聚合物)熔点或软化点以下进行的缩聚。 2．比较本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合的基本组分和优缺点。 解答： （1） 本体聚合：体系主要由单体和引发剂或催化剂组成，其它有相对分子质量调节剂、润滑剂等。 优点是体系组成简单，因而产物纯净，特别适用于生产板材、型材等透明制品。 不足是反应热不易排除。 （2） 溶液聚合：体系主要由单体、引发剂或催化剂和溶剂组成。 优点是溶剂的加入形成一均相聚合体系，有利于导出聚合热，同时利于降低体系粘度，减弱凝胶效应。 不足是加入溶剂后容易引起副反应；溶剂的回收、精制增加了设备及成本，并加大了工艺控制难度；降低了单体及引发剂的浓度，致使溶液聚合的反应速率比本体聚合要低；降低了反应装置的利用率。 （3） 悬浮聚合：体系主要由单体、引发剂、悬浮剂和分散介质组成。 优点是体系粘度低，聚合热容易导出，散热和温度控制比本体聚合、溶液聚合容易得多；产品相对分子质量及分布比较稳定，聚合速率及相对分子质量比溶液聚合要高一些。杂质含量比乳液聚合低；后处理比溶液聚合和乳液聚合简单，生产成本较低，三废较少；产物可直接用于加工。 不足是聚合物中附有少量悬浮剂残余物，影响了制品的透明性和电绝缘性。 （4） 乳液聚合：体系主要由单体、引发剂、乳化剂和分散介质组成。 优点是可以通过增加乳胶粒的方法同时提高聚合反应速率和聚合度，聚合反应速率快、聚合度高是乳液聚合不同于其它聚合方法的一个显著特征。 不足是聚合物中附有乳化剂残余，影响了制品的透明性和电绝缘性；后处理工艺复杂等。 3．甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯的本体聚合均采用了二段法聚合工艺（表8-2），简述理由。 解答： 本体聚合的最大不足是反应热不易排除。烯类单体聚合为放热反应，聚合热约为55～95 kJ/mol。聚合初期体系粘度不大，反应热可由小分子单体导出。转化率提高后，体系粘度增大，出现自动加速效应，仅靠单体已不能有效地导出反应热，这时体系容易出现局部过热，使副反应加剧，导致相对分子质量分布变宽、支化度加大、局部交联等；严重时会导致聚合反应失控，引起爆聚。 针对本体聚合的这一特点，PMMA和PS的工业生产中采用了分段聚合法。第一段保持较低的转化率，一般在自动加速出现之前，如10～40%。此时体系粘度不大，散热不是很困难，可在正常的装置中进行反应。第二段体系粘度明显加大，反应进入自动加速，为解决散热问题和成型问题，可采用薄层聚合、注模聚合等；在反应后期可进一步实施高温聚合，使转化率尽快达100%。 4．表8-3中给出丙烯腈、醋酸乙烯和丁二烯溶液聚合常用的溶剂，简述理由。 解答： PAN的溶液聚合选用AIBN为引发剂，硫氰化钠水溶液为溶剂，AIBN为油溶性，PAN的溶度参数为30，水为47.3，硫氰化钠水溶液可有效构成均相聚合体系，反应完后聚合溶液可直接进行纺丝。 PVAc的溶液聚合选用AIBN为引发剂，甲醇为溶剂。从溶解性看，PVAc的溶度参数为19.2，AIBN为油溶性，甲醇的溶度参数为29.7，对单体、聚合物和引发剂均有一定的溶解性； 另一作用是甲醇有一定的链转移作用，可保证产物聚合度。 BR的溶液聚合选用Z-N催化剂，正己烷为溶剂，从溶解性看，BR的溶度参数为17，己烷的溶度参数为15，可形成均相聚合体系，己烷的链转移小，可保证BR对高相对分子质量的要求。 5．悬浮聚合与乳液聚合的根本差别是什么？悬浮剂与乳化剂有何差别？ 解答： （1） 两者的主要区别在引发剂、单体所处的位置和聚合场所。