第三章 聚合反应工程分析3

高分子材料合成工艺

第三章 聚合反应工程分析

1

高分子材料合成工艺

概述

合成树脂

全世界年产量：1亿3千万吨 中国生产能力：575万吨（占 4.4%） 世界人均消耗：~ 22 kg 中国人均消耗：~ 10 kg

2

高分子材料合成工艺

聚合物材料在航天、航空及国防领域的应用

3

高分子材料合成工艺

建筑用聚氯乙烯管件

聚氯乙烯人造革

4

高分子材料合成工艺

有机玻璃片料

有机玻璃特种制品

5

高分子材料合成工艺

人造血管和心脏补片

6

高分子材料合成工艺

阴模A

阴模B

7

高分子材料合成工艺

概述

表3-1

连锁聚合反应 ①链引发反应，链增长反应、链终止反应和链转移反应。 ②转化率随反应时间的延长而不断增加，不同反应时间所产

生的聚合物的平均分子量差别不大。

逐步聚合反应 ①低分子转变为高分子的过程中，反应是逐步进行的，每一

步的活化能及反应速率大致相等 。

②转化率在短期内达到很高，随着反应时间增加，所产生的

聚合物的平均分子量也随之增加。

8

高分子材料合成工艺

第二节 聚合反应速度的工程分析

活性链总浓度[P· ]

聚合物的平均分子量 分子量分布

反应时间 速率常数

反应机理

转化率

9

高分子材料合成工艺

活性链浓度[P·与聚合反应机理 ]

活性链总浓度〔P· 〕的测定十分困难，一般可 以通过间接方法求得。 在连锁聚合中，与增长反应所消耗的单体相 比，引发与转移所消耗的单体可以忽略不计， 故总聚合速率rM可近似的等于增长反应速率rp

rM r p k p [ P ][ M ]

增长 P

j

+ M

kP

P

j+ 1

10

高分子材料合成工艺

[ P ] rM / k p [ M ]

在一定温度下kp为一常数，故： [ P ] rM /[ M ]

[ P ] rM /[ M ] x

转化率

11

高分子材料合成工艺

12

高分子材料合成工艺

当[P· ]的拟稳态假定成立时，[P· ]～x关系 与操作方式无关，只与聚合反应机理有 关。

13

高分子材料合成工艺

14

高分子材料合成工艺

平均聚合度 P 与反应机理(链转移)

n

引发

kd I R + M 2R k1 P1 kP

增长

P

j

+ M

P

j+ 1

终止

P

j

+

Pi

k td

P

j+ i

链转移

P

j

+ Y

kf

P

j

+

Y

15

高分子材料合成工艺

在间歇操作时，由实验测得的数均聚合度 P n

实际上是各瞬间生成物聚合度的平均值。与反

应速率有关的是瞬时数均聚合度

数均聚合度

pn

。

Pn

[ M ]0 [ M ] [P] [P ]

rp rtd r f

[ M ]0 x [P] [P ]

k p [ P ][ M ]

瞬时数均聚合度

pn

k td [ P ] k f [ Y ][ P ]

2

16