高分子材料合成工艺第一章

高分子材料合成工艺

主要参考书目：

1.赵德仁，张慰盛编，《高聚物合成工艺学》,北京，化学工 业出版社，1997年6月，第2版2. 潘祖仁编，《高分子化学》,化学工业出版社，1986。 3. 李克友等编，《高分子合成原理及工艺学》,科学出版社， 2001。 4.韦军主编，《高分子合成工艺学》,华东理工大学出版社， 2011

第一章 前 言第一节 高分子合成工业概述

1. 高分子合成材料天然有机材料 蚕丝、羊毛、皮革、棉花、木材及天然橡胶等。

高分子合成材料

塑料、合成纤维、合成橡胶、涂料、粘合剂、 离子交换树脂等材料。

塑料可以代替大量钢材、有色金属、木材、塑料薄膜等； 合成纤维比天然纤维(棉花、羊毛、蚕丝等)更为牢固耐久。

例1. 生产1 kt天然橡胶，要300万株橡胶树，占地约3万亩，而 且需5000-6000人。而生产1 kt合成橡胶，厂房占地仅l0亩左右， 仅需几十人。现代化的合成橡胶生产装置一条生产线年产量可 高达5-8万t。年产100万t天然橡胶可节约1000万亩土地，节约 种植劳动力500万人。

例2. 一个年产10万t合成纤维工厂相当于200多万亩棉田的产量， 也相当于2000万多头绵羊的年产毛量，我国如能年产100万t合 成纤维，可节约2000多万亩土地，可养活3000-4000万人口。

2. 高分子合成材料发展简史人类社会早期就开始了对天然高分子材料的利用，包括蚕丝、 羊毛、皮革、棉花、木材及天然橡胶等。 早期，我国劳动人民利用天然桐油，经适当处理制成油漆。 19世纪中期，开始通过化学反应对天然高分子材料进行改性。 1839年，美国人发明了天然橡胶的硫化。 1855年，英国人由硝酸处理纤维素制得塑料(赛璐珞),以后又相 继制成人造纤维。80年代末期用蛋白质-乳酪素为原料获得了乳 酪素塑料。它们又叫做半合成材料。 1883年，法国人发明了用乙酸酐与纤维素制人造丝(粘胶纤维)。

天然高聚物的主要用途

20世纪是高分子材料合成工业不断发展壮大的时期1910 年，美国正式工业化生产酚醛树脂，随后相继合成出丁苯 橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、尼龙-66、聚酯纤维、高压聚乙烯 和聚氯乙烯，产量和品种在世界大战中得到快速发展。 1920年，H. Staudinger提出了“高分子化合物的概念，建立了 大分子链的学术观点并系统研究了加聚反应。 1931年，W. H. Carothers提出高聚物溶解与合成的理论，同时 广泛研究了缩聚反应。 Flory也系统研究了高分子链行为和高分 子溶液理论。

1925-1935年，逐渐明确了有关高分子化合物的基本概念，诞生 了“高分子化学”这一新兴学科。反过来，它又有力地促进高 分子化合物的工业生产。

20世纪 40年代初，由于

第二次世界大战所需橡胶数量巨大，大 力发展合成橡胶，奠定了石油化学工业的基础。 20世纪50年代以后， Ziegler-Natta 发现了由有机金属化合物和 过渡金属化合物组成的催化剂体系，可以容易地使烯烃、二烯 烃聚合为性能优良的高聚物，同时由于石油化学工业的建立与 发展，高分子合成材料的产量激增。 国家统计局最新数据显示， 2013年我国三大合成材料产量增长 情况,1~7月，合成橡胶、初级形态塑料和化学纤维三大合成材 料产量与去年同期相比均有所增长，其中合成橡胶产量为225.45 万吨，同比增长 3.71%;初级形态塑料产量为 3311.54 万吨，同 比增长7.97%;化学纤维产量为2335.28万吨，同比增长8.46%。

易贸研究中心认为，化学纤维和初级形态的塑料产量增长加快， 主要是由于下游相关产品需求比较稳定，尤其是出口方面。根 据海关总署统计数据，1~7月我国累计出口塑料制品504.92万吨， 同比增长 5.3%;纺织品服装累计出口 941.43 亿美元，同比增长 13.5%。

合成高聚物的主要用途

世界三大合成材料产量(万吨)

21世纪展望 进入21世纪，材料科学的高速发展与高新技术的广 泛采用使高分子材料合成工业进入一个崭新的时期。

3. 我国高分子材料合成工业现状我们古代祖先早已经使用各种天然高分子材料，创造了灿烂的 华夏文明。19世纪末期才开始出现天然高分子加工工业。

1949年，我国主要合成树脂产量约200t,合成橡胶也约200t。新中国成立后，我国的高分子材料合成工业从无到有、从小到 大，发展至今已形成一个完整的工业体系。 目前，各类材料生产配套、产品品种基本齐全，已广泛用于国 民经济和生活的各个领域。相继建成若干大型石油化工基地如 燕山、兰州、吉林、大庆、齐鲁、金山、仪征、高桥、辽阳等。

我国高分子材料合成工业差距我国的高分子材料正逐步与国际市场接轨，但是相比之下仍然 暴露出品种牌号太少，尤其是高档产品和许多专用的、高附加 值的功能高分子材料在国内尚缺少工业产品。 生产出的产品质置档次低，且成本高，规模小，缺乏竞争力。 例如，1995年我国有涂料生产企业4544家，是美国的9倍，而人 均涂料年产量仅有美国的九分之一。 工业生产主体装置的大部分工艺技术和关键设备是成套引进的， 但是还没有很好的消化吸收，继续创新能力不足。

由于化学工程基础研究和相关工程技术薄弱，科研开发与工程 设计结合不够紧密，反应工程研究基础弱。目前我国进口的主要高分子材料几乎与国内生产总量相当。

4. 我国高分子材料合成工业发展趋势(1) 扩大产能及装置大型化 近几十年来，石化

工业不断向大型化、超大型化方向发展， 一定条件范围内，规模与成本成反比关系。 例如，乙烯装置的经济规模已从l万吨/年，持续增长为30万t/ 年、60万t/年。在2l世纪将达到100万t/年以上.全球最大的单 系列聚丙烯装置规模为95万t/年。 国内目前正在积极向大型化发展，多家企业正在将乙烯产能 扩大到60万-70万t/年，在建的聚烯烃装置的规模大都在20万40万t/年的水平。

(2) 产品结构调整我国目前的产品尚存在结构不合理，与国外相比，同样是聚乙烯 和聚丙烯我国仅有200多个牌号，而国外则超过数千种；低密度 聚乙烯国内有143个牌号的生产技术，经常生产的只有30个，而 且主要是通用膜、农膜、包装膜，其中占产量60%的薄膜牌号基 本上是‘大路货’。 (3) 加强高分子材料科学与工艺学的理论基础研究 (4) 催化剂的重大作用 催化剂的研究改进方向主要是提高催化效率以增加生产能力和 生产效率并降低成本，追求更高的催化效率仍然是合成材料技 术进步的重要目标。

(5) 合成、加工与应用的一体化

(6) 计算机、信息技术迅速推广应用：计算机和信息技术与化学 工业的结合和渗透，正成为产业升级的主要内容和推动力之一， 生产过程和经营过程的集成化与科学化，是当前高分子树料工业 计算机化和信息化的主要特征。

(7) 发展清洁生产，注重可持续发展

(8) 增强技术创新能力，培养高素质人才

5. 高分子合成工业(1) 基本原料：石油、天然气、煤炭等为原材料。

(2) 生产过程：包括石油开采、石油炼制、基本有机合成、高 分子合成、高分子合成材料成型等工业部门，提供主要的原料 -单体、溶剂、塑料添加剂等辅助原料。

(3) 高分子合成工业的任务：将基本有机合成工业生产的单体， 经过聚合反应合成高分子化合物，从而为高分子合成材料成型 工业提供基本原料。因此基本有机合成工业、高分子合成工业 和高分子合成材料成型工业是密切相联系的三个工业部门。