《聚合物合成工程》復習題及答案—共享1-3章
《聚合物合成工程》復習題及答案
一、簡答題
1．高分子合成材料主要包括哪幾類，并簡述其一般的生產工藝過程。
答：高分子合成材料主要包括塑料、合成橡膠和合成纖維三大類，此外還包括涂料、粘合劑、離子交換樹脂、功能高分子材料等。高分子合成材料的一般生產工藝過程如下：原料精制與配制過程、聚合過程、聚合物分離、洗滌、干燥、造粒（壓塊）過程以及溶劑回收再利用過程等。
2．當今，高分子合成材料在人們的生活中扮演著越來越重要的作用，請列舉至少五種高分子材料制品，并簡述高分子合成材料的一般的生產工藝過程。
答：在我們的日常生活中，常見的高分子材料制品有塑料盆（桶、碗、瓶、杯、凳子等）、電視機外殼、電腦機箱、汽車外殼、衣服、皮鞋、尼龍袋、保鮮膜等。它在人們的生活中扮演著越來越重要的作用。高分子合成材料的一般生產工藝過程如下：原料精制與配制過程、聚合過程、聚合物分離、洗滌、干燥、造粒（壓塊）過程以及溶劑回收再利用過程等。
3．高分子科學發展至今包括哪兩個方面，二者什么關系？
答：高分子科學發展至今，形成了學科基礎研究（包括“高分子化學” 、“高分子物理”和“高分子工程”三個分支學科）和高分子材料研究（包括“功能高分子”，“通用高分子材料”兩個分支領域）兩格局。二者為密切聯系，互相滲透，互為依托的關系。
4．高分子科學是從何時真正萌芽并得到發展的，而我國高分子科學研究又是何時起步的呢？
答：高分子科學的真正萌芽要追索到1920年前后，由德國化學家 H. Staudinger在1919年瑞士學術會上，提出的“高分子化合物是由共價鍵連接而成的長鏈分子”觀點，并發表了“聚合反應”的著名論文。此時，建立了大分子鏈的學術觀點，高分子科學漸漸萌生和發展。而我國高分子科學研究起步較晚，大約在20世紀50年代初。
5．影響所生產聚合物的分子量及分布、結構與性能以及牌號的因素有哪些。
答：所生產的聚合物分子量及分布、聚合物結構與性能以及不同產品牌號與聚合反應設備、聚合反應機理、聚合反應實施方法、物料組成、聚合反應操作方式以及聚合反應工藝條件有關。
6．由于聚合方法很多，不同聚合方法聚合得到物料體系組成不同，其形態也不同，分離方法也不一樣。請以任一種聚合方法簡述其聚合物生產后期中的分離方法及過程。
答：例如：本體聚合與熔融縮聚：反應轉化率很高，單體幾乎全部轉化為高分子，一般不需要經過分離，可將高粘度的熔體直接鑄帶，進行后處理。若要求生產高質量產品時，需要脫出少量未反應單體，應使聚合物熔體呈薄層或線狀流動下抽高真空。
或懸浮聚合：聚合物呈圓珠狀，分散在水介質中，未反應的單體及分散劑、懸浮劑等必須進行分離。首先采用蒸汽蒸餾（沸點較高單體,與水共沸）或閃蒸（常溫下是氣體的單體，迅速減壓）等方法除去單體，利用離心過濾和離心洗滌等方法除去分散劑、懸浮劑，再用凈水反復洗滌保證聚合物無其他雜質。
或乳液聚合：① 聚合物呈膠體分散狀的固-液乳液體系，固體顆粒粒徑在0.01-1μm之間，由于布朗運動，靜置時，固體顆粒不會沉降析出，若作為涂料或粘合劑用時，僅用閃蒸或蒸汽蒸餾脫出未反應單體,濃縮法提高濃度即可；若產品為固體時，工業上一般是將聚合物進行噴霧干燥即可得到粉狀樹脂。
② 聚合物為合成橡膠乳膠時, 分離過程更復雜一些，特別是二烯 類產品，聚合完后，未反應單體含量較多，乳液在凝聚之前，先脫除單體, 再加入防老劑、填充劑混合均勻后加入電解質如NaCl水溶液進行破乳凝聚,然后用酸性溶液使乳化劑析出得到合成橡膠膠粒,最后進行分離、洗滌、過濾得到潮濕的膠粒。
或自由基溶液聚合和溶液縮聚：聚合物溶液，主要除去未反應的單體和溶劑。作為涂料或黏合劑時,用閃蒸或蒸汽蒸餾脫出未反應單體,濃縮法提高濃度即可;若作為固體時, 加入沉淀劑將聚合物從溶劑中分離出后，再用蒸餾法分離單體和溶劑，并回收循環使用。
或離子型溶液聚合：聚合物溶液(或淤漿液)，在分離溶劑之前可在聚合物溶液中加入醇類（如甲醇、乙醇）將金屬有機化合物破壞，生成的金屬鹽及鹵化物用水洗滌使其溶解于水中作為廢料處理。
對于合成樹脂而言,加入一定的沉淀劑使聚合物分離，用離心機將固體物與溶劑分離;對于合成橡膠而言,將高黏度橡膠溶液噴入沸騰的水中,強烈攪拌,未反應單體和溶劑與一部分水蒸氣蒸出,合成橡膠以10-20 μm膠粒析出,過濾洗滌得到。
7．簡述聚合物生產過程與一般化工產品生產過程的獨特之處。
答：聚合物生產過程是將簡單的有機化合物經聚合反應生產出分子量和用途不一的高分子化合物的過程，它不同于一般化工產品如酸、堿、鹽以及有機化合物的生產過程，具有如下特性：① 單體具有雙鍵或兩個及其以上活性官能團；② 聚合物分子量具有多分散性；③ 聚合反應中熱力學和動力學不同于一般有機化學反應；④ 聚合反應體系多樣、伴隨相態變化；⑤ 生產品種多、生產過程復雜、設備要求高。
8．聚合用單體、溶劑以及易分解引發劑在反應前必須精制，為什么？若不進行精制，聚合反應能否進行？
答：這主要是由于：① 通常,為了防止單體貯存時發生自聚，單體中一般都加入了少量如對苯二酚、苯醌等阻聚劑, 對聚合反應有阻聚作用；② 單體、溶劑中以及易分解引發劑因純度不夠含有有害雜質會影響聚合反應速度、聚合物分子量、聚合物色澤以及引發劑或催化劑活性等；③ 易分解引發劑聚合前進行精制可以提高引發效率，減少引發劑的加入量。若不進行精制，聚合反應能一般能進行，只是會影響其聚合反應速率，聚合物分子量等。
9．對于自由基聚合用易分解引發劑而言，一般可加入適量水或溶劑使其保持潮濕狀態或低濃度保存；而對于離子聚合用催化劑而言，萬萬不能將其與水及空氣中的氧、醇、醛、酮等極性化合物接觸，這是為什么？
答：對于自由基聚合用易分解引發劑而言，適量水或溶劑可防止易分解引發劑受碰撞發生爆炸等；而對于離子聚合用催化劑而言，催化劑可與水及空氣中的氧、醇、醛、酮等極性化合物發生爆炸分解，失去活性。
10．根據聚合反應器的形狀可將聚合反應器分為哪幾類？其中，釜式反應器主要組成部分有哪些？各組成部分又起什么作用？
答：根據聚合反應器的形狀可將聚合反應器分為釜式反應器（聚合反應釜）、管式聚合反應器、塔式聚合反應器以及帶有特殊形式的聚合反應器。釜式反應器主要由釜體 、熱交換裝置、攪拌裝置和密封裝置等部分組成。其中，釜體作用是為物料提供反應空間；熱交換裝置作用是供給或帶走熱量保證反應順利進行；攪拌裝置作用是提高釜內物料的流動性,保證物料混合均勻、傳熱和傳質等；密封裝置作用是保證釜內處于一定的正壓或真空及防止反應物逸出或雜質滲入。
11．為什么離子型聚合不能通過常規乳液聚合和懸浮聚合實施？
答：這主要是由于常規乳液聚合和懸浮聚合體系中均采用分散介質水，而對于離子型聚合而言，所選用催化劑對水及空氣中的氧、醇、醛、酮等極性化合物很敏感，少量水分會催化劑失活。
12．簡述間歇操作與連續操作方式的特點？
答：對于間歇操作而言，它是一種分批投料，一次出料的操作方式，反應條件易控制、聚合物停留時間相同、靈活大，工藝條件可改變生產不同品種或牌號的產品；但產品規格難以控制統一、聚合反應器不能充分利用、不易實現操作過程的全部自動化，適于小批量生產。對于連續操作而言，它是一種連續投料，連續出料的操作方式，聚合反應條件穩定、產品質量規格穩定、設備密閉，污染少、容易實現操作過程的全部自動化、適合大規模生產，生產率高，成本較低；但不便于小批量產品品種或牌號的生產。
13．聚合物生產設備一般包括哪幾類？各自在生產聚合物過程中扮演什么角色？
答：聚合物生產設備一般包括聚合物合成設備、聚合物分離設備和聚合物脫水及干燥設備三類。其中，聚合物合成設備是單體在特定聚合工藝條件下經過聚合反應得到聚合物的場所；聚合物分離設備是將未反應的單體、溶劑從聚合物中分離出來，提高聚合物的純度，從而提高聚合物的質量，同時降低環境污染以及生產成本；聚合物脫水及干燥設備主要是將分離并經過反復洗滌過得聚合物進行脫水及干燥，使聚合物體系中含水量降至0.5%以下，提高聚合物質量。
14．聚合物分離設備一般包括哪幾類？并簡述各自所依據的分離原理？
答：聚合物分離設備也是關鍵設備,主要包括脫揮發分分離設備、化學凝聚分離設備和離心分離設備三種。其中，脫揮發分分離設備主要是脫除未反應的低沸點單體和溶劑，采用減壓或共沸的方法進行分離；化學凝聚分離設備是將聚合物從液體介質中分離出來，它主要是通過在聚合物膠液體系中加入凝聚劑、沉淀劑等，使固體聚合物從膠液中析出的化學凝聚方法；離心分離設備是將聚合物從液體介質中分離出來，它主要是離心力作用下，將聚合物與液體介質分離的物理方法。
15．聚合物脫水及干燥過程有何區別？
答：經分離、水洗的聚合物粗產品中一般含有一定量（如40 -70％）水分和少量其他有機揮發分，必須除去。工業上，將水分從初始含量脫除到5-15%的過程稱為脫水，進一步將剩余水分和少量其他揮發分脫除至0.5 %以下的過程稱為干燥。脫水和干燥可單獨為兩步，也可聯合成一個連續的過程。
16．對于釜式反應器而言，攪拌裝置必不可少，通常情況下，不同攪拌體系要求選擇不同的攪拌器，請舉例說明。
答：例如：對于低粘度體系而言，一般采用漿葉尺寸較小、攪拌轉速較高的漿式（平漿、斜漿）、透平漿和推進式攪拌器；對于高粘度體系而言，一般采用漿葉尺寸較大（螺桿式攪拌器除外），攪拌轉速較低的錨式、框式、螺帶式和螺桿式攪拌器，其中，采用螺桿式攪拌器時，一般與螺帶式攪拌器或導流筒配合使用；對于粘度極高的體系，還可采用帶刮板的螺帶式攪拌器等，或采用雙層或多層攪拌漿葉，或根據需要采用兩種及其以上漿型組合。