第八章 合成树脂及塑料
概述
一、高分子工艺学任务
原料来源：石油化工路线
汽油
煤油
柴油 乙烯 乙烯
石脑油 粗 丙烯 纯 丙烯
丁烯 丁烯
丁二烯 丁二烯
芳烃 芳烃
合成橡胶
塑料
合成树脂 各种产品
纤维
其它：涂料、黏合剂等
二、高分子工艺学学习内容
1.工艺流程设计
（1）催化剂制备和配制
（2）聚合反应
（3）分离
（4）后处理
（5）单体回收
图示：
催化剂
↓
原料→聚合→分离→后处理→成品
单体回收
2.工艺实施方法选择
连锁聚合反应→本体、溶液、悬浮、乳液
缩聚反应→熔融、溶液、固相、界面、乳液
3.操作方式
间歇操作：生产能力小，产品多样化
连续操作：生产能力大，产品种类少
4.设备型式
管式（LDPE）
塔式（尼龙-6）
釜式（采用）→从传热、搅拌、设备材质、高径比等几个方面考虑。
第一节 塑料的分类与应用
树脂：指遇热变软，具有可塑性的高分子化合物的统称。
无定形的透明或半透明的固体或半固体。
分类：
天然树脂：如天然橡胶、树胶、虫胶、琥珀等
按来源
合成树脂：单体合成或天然高聚物改性而得
→是制造合成塑料、合成纤维、合成橡胶、粘合剂、涂料、离子交换树脂等产品的主要原料。
塑料：以树脂为主要成分，适当加入（或不加）添加剂（如填料、增塑剂、稳定剂、颜料等），可在一定温度和压力下塑化成型，而产品最后能在常温下保持形状不变的一类高分子材料。
塑料与树脂区别：树脂→纯聚合物
塑料→以树脂为主的聚合物制品
一、 塑料的分类
1.按塑料受热后的性能变化分类
（1）热塑性塑料
是指成型后再加热可重新软化加工而化学组成不变的一类塑料。如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰胺、聚氨酯、氟塑料类、聚苯醚、聚砜、聚酰亚胺等。
主要成型方法： 压制成型
一定形状的模塑制品
注塑成型
合成树脂 挤压成型→连续管、带、线状制品
（线型高聚物） →混炼→造粒→热塑性塑料 吹塑成型→空心瓶、桶、薄膜
添加剂 压延成型→塑料薄膜
发泡成型→泡膜塑料
人造革
层压→板材
（2）热固性塑料
是指成型后不能再加热软化而重复加工的一类
塑料。酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯、呋喃树脂、聚硅醚树脂等。
主要成型方法：
合成树脂
（活性低聚物） →混合→粉碎→压塑粉→模压→一定形状模塑制品→浸渍
添加剂 →干燥→层压成型→层压板、增强塑料
2.塑料的应用分类
（1）通用塑料
产量大、应用范围广、成型加工好、成本低的一类塑料。
品种：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂、氨基树脂、不饱和聚酯及环氧树脂等。
应用：包装、建筑、农业及日用领域。
（2）工程塑料
能在较宽温度范围内和较长使用时间，保持优良性能，并能承受机械应力作为结构菜料使用的一类塑料。
（3）一般塑料
用量不大，应用范围不广、性能一般的一类塑料。
主要：聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、氟塑料类及氯化聚醚等。
（4）特种塑料
具有独特性能、价格高、产量少、应用范围窄的一类塑料。
主要：耐热塑料、阻隔塑料及导电塑料等，具体品种有聚苯硫醚、聚砜、聚酰亚胺、聚苯胺及乙烯与乙烯醇共聚物等。
3.按塑料的组分分类
（1）单组分塑料
由合成树脂组成，其中仅有少量助剂（如染料、润滑剂、增塑剂等），如：聚乙烯塑料、聚苯乙烯塑料、有机玻璃等。
（2）多组分塑料
除了合成树脂外，还有较多的辅助材料（如填料、增塑剂、阻燃剂、颜料、稳定剂等）
如：酚醛塑料、氨基塑料、硬聚氯乙烯塑料、复合塑料。
4.按高聚物的化学组成分类
分为：聚烯烃树脂与塑料；
聚卤代烃树脂与塑料；
聚酰胺树脂与塑料；
聚酯树脂与塑料等。
二、塑料的应用
国内的塑料制品分布为：包装材料400万t，占22%；
日用350万t，占20%；
农业300万t，占17%；
工业（电子、机械及汽车）300万t，占16%；建筑材料120万t，占7%；
其他330万t，占18%。
第二节 聚乙烯树脂及塑料
聚乙烯：是由乙烯单体经自由基聚合或配位聚合而获得的聚合物，简称PE。其产量自1965年一直高居第一。
生产方法：按照聚乙烯生产压力高低可以分为高压法、中压法和低压法。
一、主要原料
乙烯CH2＝CH2，是最简单的烯烃。
二、聚乙烯生产工艺
（一）乙烯高压聚合生产工艺
聚合机理：自由基聚合反应
引发剂：以微量氧或有机过氧化物
压力： 147.1～245.2MPa
温度： 150～290℃
聚合机理：自由基聚合反应
聚合方法：气相本体聚合
产物：低密度聚乙烯
1．聚合原理
乙烯在高温高压下按自由基聚合反应机理进行聚合。由于反应温度高，容易发生向大分子的链转移反应，产物为带有较多长支链和短支链的线型大分子。同时由于支链较多，造
成高压法聚乙烯的产物的结晶度低，密度较小，故高压聚乙烯称为低密度聚乙烯。
2．主要工艺条件
（1）乙烯纯度：聚合级乙烯气体的规格要求，纯度不低于99.9%。
（2）引发剂：
以氧为引发剂时，用量必须严格控制在乙烯量的0.003%～0.007%之内。防止气体在高压下发生爆炸。
以有机过氧化物为引发剂时，将有机过氧化物溶解于液体石蜡中，配制成1%～25%的引发剂溶液。
（3）相对分子质量调节剂：
如烷烃中的乙烷、丙烷、丁烷、已烷、环已烷；烯烃中的丙烯、异丁烯；氢；丙酮和丙醛等），最常用的是丙烯、丙烷、乙烷等。
（4）聚合温度：
取决于引发剂种类。
以氧为引发剂温度控制在230℃以上；
以有机过氧化物为引发剂时，温度控制在150℃左右。
（5）聚合压力：
108～245MPa，高低依据聚乙烯生产牌号确定。
压力愈大，产物相对分子质量愈大。
（6）聚合转化率与产率
聚合转化率为16%～27%（单程），即采用低转化率聚合，未转化的乙烯经冷却器冷却后循环使用，总产率高达95%。聚合时进料温度为40℃，乙烯-聚乙烯混合物出料温度160～280℃，大部分反应热离开反应器的物料带走。反应器夹套冷却只能除去部分热量。
（7）聚合产物的相对分子质量测定
低密度聚乙烯树脂的数均相对分子质量控制在10000～50000，重均相对分子质量控制在100000以上。
测定方法：采用“熔融指数（MI）”法，以熔融指数的大小表示其相应的相对分子质量及流动性。一般生产控制的熔融指数为0.3；0.4；0.5；0.7；2.0；2.5；5.0；7.0；20等。
3．乙烯高压聚合生产工艺流程
生产过程：压缩、聚合、分离和掺合四个工段。
来自于总管的压力为1.18MPa的聚合级乙烯进入接收器（1），与来自辅助压缩机（2）的循环乙烯气混合。经一次压缩机（3）加压到29.43MPa，再与来自于低聚物分离器（4）的返回乙烯一起进入混合器（5），由泵（6）注入调节剂丙烯或丙烷。气体物料经二次压缩机（7）加压到113～196.20MPa（具体压力根据聚乙烯牌号确定），然后进入聚合釜（8），同时，由泵（9）连续向反应器内注入微量配制好的引发剂溶液，使乙烯进行高压聚合。
从聚合釜出来的聚乙烯与未反应的乙烯经反应器底部减压阀减压进行冷却器（10），冷却至一定温度后进入高压分离器（11），减压至24.53～29.43MPa，分离出来的大部分未反应的乙烯与低聚物，经过低聚物分离器（4），分离出低聚物后，乙烯返回混合器（5）循环使用；低聚物在低聚物分液器（14）中回收夹带的乙烯后排出。由高压分离器（11）出来的聚乙烯物料（含少量未反应的乙烯），在低压分离器（12）中减压
至49.1kPa，其中分离出来的残余乙烯进入乙烯接收器（13）。在低压分离器底部加入抗氧剂、抗静电剂等后，与熔融状态的聚乙烯一起经挤压齿轮泵（15）送至切粒机（16）进行水下切粒。切成的粒子和冷却水一起到脱水贮槽（17）脱水，再经振动筛（18）过筛后，料粒用气流送到掺合工段。
用气流送来的料粒首先经过旋风分离器（19）中，通过气固分离后，颗粒落入磁力分离器（20）以除去夹带的金属粒子，然后进入缓冲器（21）。缓冲器中料粒经过自动磅秤和三通换向阀进入三个中间贮槽（22）中的一个，取样分析，合格产品进入掺合器（23）中进行气动循环掺合；不合格产品送至等外品贮槽（24）进行掺合或贮存包装。
掺合均匀后的合格产品——聚乙烯颗粒气流送至合格品贮槽（25）贮存，然后用磅秤称量，装袋后送入成品仓库。
高压法生产聚乙烯的流程比较简单，产品性能良好，用途广泛，但对设备和自动控制要求较高。
4．聚合反应设备
现在工业采用的乙烯高压聚合反应器可以分为釜式反应器和管式反应器两种。
（1）釜式反应器
材质为优质合金钢，形状为圆筒形，L/D为4～20，带有1000～2000rpm的高速搅拌器。生产中可以单釜操作，也可以两釜串联操作。釜内（L/D较大）搅拌轴上带有分区档板，适合于单线操作。容积为1m3的釜式反应器，单线生产能力为100000t/a。
最大特点是生产易控，产品多样。
（2）管式反应器
L/D为300～40000。内径为25～75mm的高压合金钢管。最长的管式反应器在900m以上。一般分为二段式，第一段是聚合引发段，第二段是冷却（温度不能低于130℃，以防止聚乙烯凝固）段。
（二）乙烯中压聚合工艺
两条路线：
第一条路线是乙烯单体，以烷烃为溶剂，以CrO3-Al2O3-SiO2引发剂，在150℃，4.91MPa下聚合。
第二路线是乙烯单体，以脂肪烃或芳烃为溶剂，以MoO2-Al2O3或氧化镍-活性炭为引发剂，在200～260℃，6.87MPa下聚合。
1．主要工艺条件
（1）单体
杂质如水、氧、一氧化碳及含硫、氮、卤素等化合物都要的控制在万分之一以下；为了防止乙烯与其他烯烃共聚，而不能含有其他烯烃。单体中含有的饱和烷烃对聚合没有影响。
（2）引发剂
最好是采用以CrO3分散于Al2O3-SiO2组成的载体上的固体引发剂。其中铬的含量为2%～3%。载体Al2O3-SiO2的用量在90∶10范围内效果较好。同时，要求载体的表面积要小，孔穴较大为好。反之，使生成的聚乙烯容易混有引发剂。
（3）溶剂
主要采用饱和的石蜡烃或环烷烃。其中C5～C12是最好的。
（4）温度
一是引发剂活化温度，引发剂的活化温度越高，所得聚乙烯的相对分子质量越低，如
图8-2所示。适宜的引发剂活化温度为550℃左右。
二是聚合反应的温度。
（5）聚合压力
聚乙烯的相对分子质量随压力的升高而增加。
3．乙烯中压法聚合工艺流程
（三）乙烯低压聚合工艺
以烷基铝和TiCl4或TICl3组成的配合物为引发剂，于常压下，60～75℃下聚合成高密度聚乙烯的方法。
1．聚合原理
配位阴离子聚合机理。
2．乙烯低压聚合工艺条件
（1）原料
单体、引发剂、溶剂
（2）工艺条件
聚合温度：60～75℃。
聚合压力：一般在0～981kPMa之间。
3．乙烯低压聚合工艺流程
乙烯在以Al(C2H5)3-TiCl4的引发剂，聚合温度为60～75℃，聚合压力为0～981kPa。
工艺过程包括：引发剂的配制、聚合、分离、净化与干燥、溶剂回收等。
三、聚乙烯的结构、性能、用途
1．聚乙烯的结构
乙烯的化学组成为碳和氢，重复结构单元为－CH2－CH2－，是主链为碳原子组成的线型高聚物。
依据聚合方法的不同，其产物结构不同。
（1）高压法合成的聚乙烯：平均每1000个碳原子中含15～20个支链，其中短支链为甲基和长支链为烷基（如正丁基等）。
（2）中压法和低压法合成的聚乙烯：基本上无支链。
由于结构的不同，其结晶度的密度不同。
（1）高压聚乙烯：
相对分子质量为25000～50000，结晶度为50%～60%，密度为0.91～0.93，熔融温度为115℃，一般称为低密度聚乙烯（low density polyethylene）。
（2）中压法聚乙烯：
相对分子质量为45000～50000，结晶度为85%以上。
（3）低压法聚乙烯：
相对分子质量一般小于350000，超过1000000的为超高相对分子质量聚乙烯，结晶度80%以上，密度为0.92～0.97，熔融高于127℃，一般称为高密度聚乙烯（high density polyethylene）。
按照聚乙烯的结构性能可以分为：
高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、超高相对分子质量聚乙烯（UHMWPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）和茂金属聚乙烯，此外，还有改性品种如乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）和氯化聚乙烯（CPE）等。
2．聚乙烯的性能
（1）一般性能
（2）力学性能
聚乙烯的力学性能一般，拉伸强度较低，抗蠕变性不好，耐冲击性好。冲击强度LDPE＞LLDPE＞HDPE，其他力学性能LDPE＜LLDPE＜HDPE。主要受密度、结晶度和相对分子质量的影响，随着这几项指标的提高，其力学性能增大。耐环境应力开裂性不好，但当相对分子质量增加时，有所改善。耐穿刺性好，其中LLDPE最好。
（3）热学性能
聚乙烯的耐热性不高，随相对分子质量和结晶度的提高有所改善。耐低温性能好，脆性温度一般可达－50℃以下；并随相对分子质量的增大，最低可达－140℃。聚乙烯的线膨胀系数大，最高可达（20～24
）×10－5/K。热导率较高。
（4）电学性能
因聚乙烯无极性，所以具有介电损耗低、介电强度大的优异电性能，即可以做调频绝缘材料、耐电晕性塑料，又可以做高压绝缘材料。
（5）环境性能
由于聚乙烯分子中含有少量双键和醚键，其耐候性不好，日晒、雨淋都会引起老化，需要加入抗氧剂和光稳定剂改善。
（6）加工特性
因LDPE、HDPE的流动性好，加工温度低，粘度大小适中，分解温度低，在惰性气体中高温度300℃不分解，所以是一种加工性能很好的塑料。但LLDPE的粘度稍高，需要增加电机功率20%～30%；易发生熔体破裂，需增加口模间隙和加入加工助剂；加工温度稍高，可达200～215℃。聚乙烯的吸水率低，加工前不需要干燥处理。
聚乙烯制品在冷却过程中容易结晶，因此，在加工过程中应注意模温。以控制制品的结晶度，使之具有不同的性能。聚乙烯的成型收缩率大，在设计模具时一定要考虑。
3．聚乙烯的用途 见教材表8-10
第三节 聚甲基丙烯酸甲酯
俗称“有机玻璃”，是甲基丙烯酸甲酯的聚合物，简称PMMA。是具有较高软化点，较好冲击强度和耐气候性的，清澈、无色透明的热塑性塑料。
一、主要原料
1.甲基丙烯酸甲酯：CH2＝C－COOCH3
2.理化性能：在常温常压下是带有特殊气味的无色、透明液体，易溶于有机溶剂中。
3.来源： 丙酮氰醇
（1）合成路线法
异丁烯氧化法
（2）废有机玻璃在270℃以下解聚。
二、聚甲基丙烯酸甲酯生产工艺
（一）聚合原理
1.反应机理：自由基聚合机理
2.引发方式：光、热、或引发剂
3.实施方法：
本体聚合→生产有机玻璃（关键的问题是如何控制克服甲基丙烯酸甲酯聚合过程中的“凝胶效应”和聚合过程体积收缩问题）
悬浮聚合→生产模塑粉
溶液聚合→生产油漆，但应用较少
乳液聚合→生产皮革或织物处理
（二）生产工艺
1.本体聚合浇注法生产板、棒、管状有机玻璃
（1）有机玻璃板材的生产
生产过程为：制模、制浆（预聚合）、灌浆、聚合、脱膜等。
预聚合的目的：①缩短聚合反应的诱导期
②移出较多的聚合热
③减少聚合时的体积收缩
④可以减少灌模的渗漏损失
（2）有机玻璃棒材的生产
要经过制浆、灌浆、聚合、脱模等过程。
为了克服棒材因单体聚合收缩不均匀而造成缺陷，需要采取连续分层聚合法。
（3）有机玻璃管材的生产
用铝管作模具，先将一端封闭，根据要求厚度灌入预制浆液，旋转，管外喷啉热水，浆液即均匀分布于管壁并进一步聚合生成壁厚一致的有机玻璃管。
2.悬浮聚合
制得的PMMA相对分子质量分布较均匀，流动性好，所以
常用于做模塑粉、做注射成型的原料。
（1）普通PMMA模塑粉的生产
配方：
甲基丙烯酸甲酯100
去离子水200
过氧化苯甲酰0.08
聚甲基丙烯酸（5%）20
NaH2PO4?12H2O 10
聚合过程：去离子水、聚甲基丙烯酸、NaH2PO4?12H2O→聚合釜（搅拌、不锈钢、搪瓷）→搅拌均匀→加入引发剂、单体→夹套内通蒸汽加热，至82℃→维持1h后→加热至93℃保持40min→降温至65℃放料→过滤→洗涤→干燥→热轧→粉碎→过筛→模塑粉。
（2）医用PMMA模塑粉的生产
配方：
甲基丙烯酸甲酯100份
过氧化苯甲酰0.73份
去离子水600份
聚乙烯醇0.036份
聚甲基丙烯酸（0.1%）25.7份
聚合过程：与普通模塑粉生产过程类似。
制得的模塑粉，筛分后，取40～120目粉料为牙托粉用料；120目以上粉料为造牙粉用料。
三、聚甲基丙烯酸甲酯的结构、性能与用途
1.结构：
线型热塑性高聚物，因此是无定形的。
2.性能：
（1）光学性能→高度透明
（2）力学性能→质轻而坚韧
（3）热学性能
（4）电学性能→高频率绝缘材料
（5）环境性能→耐候性好，耐溶剂一般
3.用途：
照明及采光→仪表窗、展示窗、广告窗、天花板、照明板等。
光学仪器→光学镜片如眼镜、放大镜及透镜等，信息传播材料如光盘及光纤等。
医学材料→用于牙科材料如牙托、假牙以及假肢材料等。
日用品→各种产品模型、标本及工艺美术品等，各种钮扣、发夹、儿童玩具、笔杆及绘图仪器等。
第四节 聚氯乙烯树脂及塑料
聚氯乙烯:是由氯乙烯单体经自由基聚合而成的聚合物，简称PVC。
分类：1.按相对分子质量的大小分为两类：
通用型→平均聚合度为500～1500（常用）；
高聚合度→平均聚合度大于1700以上。
2. 按形态可以分为两种：
粉状→用于生产压延和挤出制品；
糊状→用于人造革、壁纸、儿童玩具及乳胶手套等。
3.按结构不同可以分为两种：
紧密型→呈乒乓球状，吸收增塑剂能力低，用于硬制品生产；
疏松型→呈棉花团状，可大量吸收增塑剂，用于软制品生产。
一、主要原料
单体；氯乙烯CH2＝CHCl
常温常压下是带有乙醚香味的无色气体，容易液化。
来源：乙炔电石法路线
联合法路线→目前生产氯乙烯的主要路线
乙烯氧氯化法→新的路线
二、聚氯乙烯的生产工艺
（一）聚合原理与方法
1.聚合原理：自由基型聚合反应。
2.引发剂：油溶性的偶氮类、有机过氧化物类和氧化-还原引发体系
3.链增长方式：头-尾相连
4.链转移方式：向单体的转移，是影响产物相对分子质量的主要因素。
5.实施方法：
悬浮聚合→常用
溶液聚合→生产成本高，除特殊涂料生产使用外，应用较少
本体聚合
、乳液聚合→凝胶效应而产生“自动加速”
6.实施方法的选择：根据产品的用途、劳动强度、成本高低等合理选择
（二）氯乙烯悬浮聚合生产工艺
1.特点与技术进步
操作简单、生产成本低、产品质量好、经济效益好、用途广泛等，适于大规模的工业生产。
在树脂质量上，用悬浮聚合生产的PVC树脂的孔隙率提高了300%以上，经过适当处理的树脂，其单体氯乙烯的残留量由原来的0.1%降到了0.0005%以下。同时，设备结构改进、大型化和采用计算机数控联机质量控制，使批次之间树脂质量更加稳定。
另外，清釜技术、大釜技术和残留单体回收技术的发展，减少了开釜次数，进而减少了氯乙烯单体的释放量；采用烧结、冷凝或吸收方法汽提产品和处理废气，进一步减少了氯乙烯单体的消耗。
2.氯乙烯悬浮聚合工艺条件
（1）单体纯度
单体纯度在99.9%以上，其他杂质的含量如表。
乙炔→参与聚合后，形成不饱和键使产物热稳定性变坏。不饱和多氯化物存在，不但降低聚合速率、降低产物聚合度，还容易产生支链，使产品性能变坏，“魚眼”增多。
（2）引发剂
多用有机过氧化物和偶氮类引发剂，复合使用，效果比单独使用好，其优点是反应速度均匀，操作更加稳定，产品质量好，同时使生产安全。
工业生产中聚合时间一般控制在5～10h，应用选择t1/2为2～3h的引发剂。如果采用复合型引发剂，最好是一种引发剂的为t1/2为1～2h，另一种引发剂的t1/2为4～6h。
（3）分散剂
工业常用：明胶、聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素等。
明胶→用量为单体量的0.05%～0.2%，所得树脂的颗粒为乒乓球状，不疏松、粒度大小不均，“魚眼”多。
聚乙烯醇→所得聚氯乙烯为疏松型棉花球状的多孔树脂，吸收增塑剂速度快，加工塑化性能好，“魚眼”少，热稳定性好。
工业上：常以纤维素类（如羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素等）和醇解度75～90%的聚乙烯醇为主分散剂，以非离子山梨糖醇如一月桂酸酯、一硬脂酸酯、三硬脂酸酯等为助分散剂，两者进行复合使用效果也很好。
（4）水质与水量
水→去离子水，水中的氯离子、铁和氧等的含量要严格控制，其中氯离子超过一定含量会造成树脂颗粒不均，“魚眼”增多；水中的铁会降低树脂的热稳定性，并能终止反应。
用量→与树脂内部结构有关，紧密型树脂（作明胶为分散剂）的生产，单体与水的质量比为1∶1.1～1∶1.3；疏松型树脂（以聚乙烯醇为分散剂）的生产，单体与水的质量比为1∶1.4～1∶2.0。
作用→起分散作用，有利于传热，控制生产容易。
（5）系统中的氧
作用→对聚合有缓聚和阻
聚，必须彻底清除干净。
（6）其他助剂
pH调节剂→控制在7～8，即在偏碱性的条件下进行聚合调节剂。
防止粘釜剂→影响传热及产品的质量。人工清釜劳动强度大，条件恶劣，影响工人健康。
防止粘釜方法→选择合适的引发剂；
在水相中加入水相阻聚剂如次甲基蓝、硫化钠等；在釜壁、搅拌器等设备上喷涂一定量的防粘釜剂。
常见的防粘釜剂：水浴黑、亚硝基R盐，还有多元酚的缩合物等。一旦发现有粘釜现象，采用高压（14.7～39.2MPa）水冲洗法清除。
泡沫抑制剂（消泡剂） 邻苯二甲酸二丁酯、（未）饱和的C6～C20羧酸甘油酯等。
（7）聚合温度与压力
聚合温度→决定着聚合产物的相对分子质量大小，因此，当配方确定以后，必须严格控制聚合的温度。并且，要确保温度控制平稳，要有降温处理手段，防止出现异常现象，一般采用大流量低温差循环方式。最好采用计算机数控联机质量控制系统。
聚合压力→聚合温度下，氯乙烯有相应的蒸汽压力，只有在聚合末期，大量单体聚合后，压力才明显下降，
3.氯乙烯悬浮聚合生产工艺
（1）工艺配方（质量份数）
（2）主要工艺参数
①聚合→聚合温度、聚合压力、聚合时间、转化率
②碱处理→NaOH浓度、加入量、温度、时间
③脱水→紧密型树脂含水率、疏松型树脂含水率
④干燥→气流干燥管干燥（温度、风速、物料停留时间、含水率）
沸腾床干燥（干燥温度、物料停留时间、含水率）
（3）工艺流程
（4）碱处理的目的
破坏残存的引发剂、分散剂、低聚物和挥发性物质，使其变成能溶于热水的物质，便于水洗清除。
（5）树脂的干燥方法
采用二段式干燥法：气流干燥管→除的是树脂上的表面非结合水
沸腾床干燥器→除的是树脂内部结合水
缺点：物料停留时间长，投资较大，热效率较差，费用较高，
改进：赫司特公司采用的MST旋风干燥器，具有停留时间适中、热效率利用好的特点。
4.聚合设备→聚合釜（釜式聚合反应器）
（1）主要参数
材质：复合钢板、全不锈钢和搪瓷三种
趋势→大型化
国内→普遍采用33m3复合钢板釜
国外→日本采用127m3聚合釜，德国采用200m3聚合釜。
（2）聚合釜的传热
传热能力意味着釜的生产能力。
传热能力：
式中 Q——传热能力或传热速度（kJ/h）；
K——传热系数（W/(m2?K)）
Δtm——传热温差（℃）
提高传热能力的途径：增大传热面积、提高传热系数、增大传热温度差。
① 传热面积
影响因素→聚合釜的高径比和容积。
高径比：（aspect ratio）=L/D
L/D越大（瘦长型）→釜的传热面积、越大；
L/D＝1时，釜的传热面积最小。
L/D影响搅拌器的安装
↓
按日本日立公司的观点是，当釜的容积小于30m3时，传热面积是主要矛盾，因此L/D应大些；当釜的容积大于30m3时，搅拌器是主要矛盾，因此L/D应小些。按神钢法德拉的观点是，无论多大的釜，搅拌器是主要矛盾，因此，L/D要小些。我国的观点与日立公司的观点基本相同，一般L/D在1.5～4左右。
比传热面积：随釜容积的增加而减小，用比传热面积A/V（m2/m3）表示
若釜容积放大比传热面积将下降。
解决方法：采用釜内加内冷管或D型档板或釜项冷凝器等来增加传热面积。但加内冷管后对搅拌和粘釜都有一定的影响，因此，能不加还是不加或尽量少加。
②传热系数
一般： 465～582 W/(m2?K)，甚至在698 W/(m2?K)以上，搪瓷釜可以达349 W/(m2?K)以上。当传热系数在233 W/(m2?K)以下时，则认为传热不好应该强化。影响传热系数的因素如下式所示。
式中 α1、α2——分别为釜内和釜外给热系数（W/(m2?K)）
δi——为釜壁粘釜物层、不锈钢层、碳钢层、搪瓷层、水垢层各层的厚度（m）
λi——为釜壁粘釜物层、不锈钢层、碳钢层、
提高传热系数的方法：及时清除粘釜物；
使用软化水进行冷却，以减少水垢；
保证釜壁强度的情况下，尽量减薄碳钢的壁厚；增加冷却水的流速→方案有两种。
非循环系统：用于小型的搪瓷聚合釜。
大流量低温差循环系统：用于大型聚合釜，优点是冷却水流速大，有利于传热；釜内温度分布均匀，产品质量好；防止粘釜。
③传热温差
聚合可以使用的水夏季在30℃左右，深井水可常年保持12～15℃，冷冻水可达5～8℃。更低的冷冻盐水可达－15～－35℃。
冷却水的出入口温度差越大，对传热越有利于，但对产品质量控制不利。因此，多采用上述大流量低温差循环方式。
（3）搅拌器浆叶形式及作用
分为两大类型：低粘度用→典型浆叶有浆式、推进式、涡轮式、三叶后掠式等（氯乙烯悬浮聚合）
高粘度用→典型浆叶有锚式、框式、螺带式、螺轴和导流筒组合式等。
搅拌作用：强制传热，确保液滴形成与分散。搅拌叶形式不同，其作用不尽一样。
直浆式→径向循环为主；
推进式→轴向循环为主；
三叶后掠式→同时有径向和轴向循环。
选择：应使搅拌同时具有两个作用，一般将浆式与推进式组合使用。
搅拌转速：在悬浮聚合中必须控制。
三、聚氯乙烯的结构、性能及用途
1.聚氯乙烯的结构
2.聚氯乙烯的性能
（1）一般性能
（2）力学性能
（3）热学性能
（4）电学性能
（5）环境性能
（6
）加工性能
3.聚氯乙烯塑料的用途
类 别 具体应用
硬质聚
氯乙烯 管材 上水管、下水管、输气管、输液管、穿线管
型材 门、窗、装饰板、木线、家具、楼梯扶手
板材 可分为瓦椤板、密实板、发泡板等。用于壁板、天花板、百叶窗、地板、装饰材料，家具材料、化工防腐贮槽等
片材 吸塑制品如包装盒等
丝类 纱窗、蚊账、绳索
瓶类 食品、药品及化妆品等用的包装材料
注塑制品 管件、阀门、办公用品罩壳及电器壳体等
软质聚
氯乙烯 薄膜 农用大棚膜、包装膜、日用装饰膜、雨衣膜、本皮膜
电缆 中、低压绝缘和护套电缆料
鞋类 雨鞋、凉鞋及布鞋的鞋底、鞋面材料
革类 人造革、地板革及壁纸
其他 软透明管、唱片及垫片
第五节 聚苯乙烯、ABS树脂及塑料
优点：高度透明、电绝缘性好、易着色、加工流动性好、刚性好、及化学腐蚀等。
缺点：性脆、冲击强度低、易出现应力开裂、耐热性差、不耐沸水等。
改性： ABS树脂
一、主要原料
苯乙烯性质：无色或微黄色易燃液体；有芳香气味和强折射性；
化学性质非常活泼，不但能进行均聚合，也能与其他单体如丁二烯、丙烯腈等发生共聚合反应。是合成塑料、橡胶、离子交换树脂和涂料等的主要原料。
贮存、运输：加入少量的间苯二酚或叔丁基间苯二酚等阻聚剂。
二、聚苯乙烯生产工艺
聚合机理：离子型聚合（包括配位离子型）、自由基型进行聚合
聚合方法：本体聚合和悬浮聚合
1.苯乙烯的本体聚合
（1）引发剂：可加、也可通过单体的热引发进行聚合
（2）反应器：有塔式、釜式、槽式和管式等，一般采用两个或更多反应器串联。随着苯乙烯本体聚合工艺的不断改造，还出现了五釜串联、三釜一管串联、一立一卧串联等生产工艺。
2.苯乙烯的悬浮聚合
（1）苯乙烯低温悬浮聚合
单体与水比值：1∶1.4～1∶1.6
分散剂：磷酸三钙
引发剂：过氧化苯甲酰（占90%～80%）和过氧化叔丁基苯甲酸酯（占10%～20%）复合型引发剂，份散介质：水（去离子水）
单体纯度： 99.5%以上（各种杂质如甲苯、乙苯、甲基苯乙烯、二乙烯基苯等要控制规定指标之内），
聚合转化率：控制在90%左右
工艺流程：
产品：一般聚苯乙烯相对分子质量可达20×104。宜作发泡聚苯乙烯的材料。
（2）苯乙烯高温悬浮聚合
分散剂： MgCO3（主）
苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物（助）
工艺流程：
三、聚苯乙烯塑料的结构、性能与用途
1.聚苯乙烯的结构
PS的大分子主链为饱和烃类聚合物，具有良好的电绝缘性；又因吸湿性小，用于潮湿环
境中。侧基为体积大的苯环，分子结构不对称，大分子链运动困难，PS呈现刚性和脆性，制品易产生内应力。 侧苯基在空间的排列为无规结构，导致PS为无定型聚合物，具有很高的透明性；由于苯基的存在，主链上α氢原子活化，易于被空气中的氧氧化，制品长期户外使用变黄变脆。
2.聚苯乙烯的性能
（1）一般性能
PS为无色透明的粒料，燃烧时发浓烟并带有松节油气味，吹熄可拉长丝；制品质硬似玻璃状，落地或敲打会发出类似金属的声音；能断不能弯，断口处呈现蚌壳色银光。PS的吸水率为0.05%，稍大于PE，但对制品的强度和尺寸稳定性影响不大。
（2）光学性能
透明性好是PS最大的特点，但因苯环的存在，其双折射较大，不能用于高档光学仪器。
（3）力学性能
PS硬而脆、无延伸性、拉伸至屈服点附近即断裂。PS的拉伸强度和弯曲在通用热塑性塑料中最高，其拉伸强度可达60MPa；但冲击强度很小，难以用做工程塑料。PS的耐磨性差，耐蠕变性一般。PS的力学性能受温度的影响比较大。
（4）热学性能
PS的耐热性能、耐低温性也不好
（5）电学性能
PS的电绝缘性优良，可耐适当的电晕放电，耐电弧性好，适于做高频绝缘材料。
（6）环境性能
PS的化学稳定性较好，耐候性不好，其耐光、氧化性都差，不适于长期户外使用；但耐辐射性好。
（7）聚苯乙烯塑料的加工性能
是一种易于加工的塑料，在加工前一般不需干燥；
3.聚苯乙烯的用途
电器制品：兼有透明性和良好的绝缘性，可用于电视机、录音机及各种电器的配件、壳体及高频电容器等。
透明制品：具有优异的透明性，可用于一般光学仪器、透明模型、灯罩、仪器罩壳及包装容器等,着色性和光泽性好，可广泛用于日用品的生产如儿童玩具、装饰板、磁带盒、家具把手、梳子、牙刷把、笔杆及文具等。
包装材料：泡沫塑料，多用于电器、精密仪表、工艺品、玻璃制品及陶瓷制品等包装；隔热材料等。
四、ABS树脂的生产工艺
ABS树脂是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的三元共聚物，由于它具有优良的耐冲击
韧性和综合性能，是重要的工程塑料之一，应用非常广泛。
乳液掺合法
掺合法
固体掺合法
本体法
本体-悬浮法
接枝法 乳液-本体法
乳液法 乳液接枝-乳液AS掺合
乳液接枝掺合法 乳液接枝-悬浮AS掺合
乳液接枝-本体AS掺合
五、聚苯乙烯型离子交换树脂
离子交换树脂是分子中含有活性功能基而能与其他物质进行离子交换的树脂。它是高分子发展史上第一个功能高分子产品，是普通高聚物经化学修饰的产物。
离子交换树
脂的由网状结构的高分子骨架和连接在骨架上的功能基组成。
因此，按功能基的特性可以分为：强酸性、弱酸性、强碱性、弱碱性、螯合性、氧化还原性、（酸、碱）两性离子交换树脂等7类。
从骨架的角度，按骨架的物理结构可以分为凝胶型树脂和大孔型树脂。按化学结构可以分为苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环氧系、乙烯吡啶系、脲醛系、氯乙烯系等7大类。其中苯乙烯系列是较重要的一类。
离子交换树脂的合成过程，先是合成网状结构的高分子骨架，后是通过高聚
物的化学变化引入相应功能基。
应用较广和生产量较大是：聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂和聚苯乙烯季胺型阴离子交换树脂
主要应用：纯水制备、药物提纯、稀有金属和贵重金属的提纯等。
第六节 酚醛树脂及塑料
酚醛树脂：酚类化合物与醛类化合物在酸性或碱性条件下，经缩聚反应而制得的一类聚合物的统称。常用：苯酚和甲醛为单体缩聚的酚醛树脂，简称为PF，是第一个工业化生产的树脂品种。
酚醛塑料：以酚醛树脂为主要成分并添加大量其他助剂而制得的制品，包括PF模塑料制品、PF层压制品、PF泡沫塑料制品、PF纤维制品、PF铸造制品及PF封装材料等六种。
一、主要原料
1.苯酚：HO－ 。俗称石炭酸，无色或白色晶体，有特殊气味。有毒！且有腐蚀性。
2.甲醛：H－C＝O，无色气体，有特殊的刺激气味，对人的眼鼻等有刺激作用。
二、酚醛树脂的生产原理与工艺
1.热塑性酚醛树脂的聚合原理与生产工艺
（1）热塑性酚醛树脂的聚合原理
热塑性酚醛树脂：甲醛与三官能度的酚（苯酚、间甲酚）或双官能度的酚（邻甲酚、对甲酚等）在酸性介质中缩聚而成的。
采用三官能度的酚时，酚必须过量，一般酚与甲醛的物质的量的比为6∶5或7∶6，若减少酚的量，即使在酸性介质中，也会生成热固性酚醛树脂，增加酚的用量会使树脂的相对分子质量降低。
固化时，利用树脂中酚基上未反应的对位活泼氢与甲醛或六甲基四胺作用，形成不溶不熔的热固性酚醛树脂。
（2）热塑性酚醛树脂的生产工艺
热塑性酚醛树脂主要用于制备模塑粉。
工业上生产方法：间歇法和连续法两种，其中以间歇法为主。
典型生产配方：
苯酚 100份
甲醛 26.5～27.5份
盐酸 第一次加入使pH达到1.6～2.3；第二次加入量为0.056份
油酸 1.5～2.0份
生产过程：原料准备、溶液缩聚与树脂干燥、卸料与冷却、树脂的粉碎等。
① 原料准备
桶装（或槽装）苯酚熔化后，用真空管路或离心泵送入钢制保温贮槽。
用真空管路或离心泵将桶装（或槽装）甲醛送入铝制贮罐，在
送入计量槽前，必须加热搅拌，溶解其中的多聚甲醛。
②溶液缩聚与树脂干燥
a.溶液缩聚
按配方将计量的苯酚与甲醛加入反应釜内，搅拌混合均匀（约5min），加入第一批盐酸，使釜内混合物料的pH达到1.6～2.3。然后向反应釜夹套通蒸汽加热，当物料温度升至55～65℃时，停止加热。由于反应的放热效应使物料温度会自行上升至95～98℃而开始沸腾，此时，打开冷凝器，使反应物的蒸汽冷凝回流，同时停止搅拌并向夹套内通入冷却水，以防止反应过于激烈。沸腾20min后，再启动搅拌器搅拌，并加入第二批盐酸，继续保持45min左右，直到树脂密度达到1.15～1.18时为止。
b.树脂的干燥
缩聚完毕后，停止搅拌，使树脂分层，并吸出树脂上层水，以热水洗涤数次；再对树脂进行真空干燥，以除去树脂中所含的水分、甲醇、催化剂及未反应的甲醛和苯酚。
c.卸料与冷却
经真空脱水后的树脂很粘稠，应趁热及时出料。
③树脂的粉碎
热塑性酚醛树脂比较脆，极易粉碎。制造模塑粉用的树脂，一般用十字形锤式粉碎机粉碎，粉碎后的树脂有30%能通过0.25号筛。
采用上述过程生产的模塑粉是模压塑料的半成品，它与热固性酚醛模塑粉相比，具有贮存稳定，成型速度快等优点。
模塑粉的组成包括酚醛树脂树脂、填料、固化剂、着色剂、润滑剂等。经过混合、辊压、粉碎与过筛、并批等过程制成成品。
2.热固性酚醛树脂的聚合原理与生产工艺
（1）热固性酚醛树脂的聚合原理
是苯酚与甲醛在碱性介质中缩聚而得。
其中甲醛稍微过量，一般酚与甲醛的物质的量的比为6∶7。反应的第一阶段形成各种羟基酚，第二阶段是各种羟基酚之间进行反应，第三阶段是形成网状大分子的反应：
（2）热固性酚醛树脂的生产工艺
热固性酚醛树脂的生产设备与工艺基本上与生产热塑性酚醛树脂时的设备与工艺相同。不同的是酚与醛的配比不同，催化剂为碱性物质，并且不同牌号的热固性酚醛树脂性能不同。
用于生产层压塑料或玻璃纤维增强塑料的热固性层压酚醛树脂，一般制成液体树脂，如乳液树脂或乙醇溶液。
乳液热固性酚醛树脂是经部分脱水后的粘稠缩聚物，主要用于浸渍纤维状填料（如木粉、棉纤维、布、石棉纤维等），具有节省溶剂、价廉、安全、浸渍后的物料经干燥后便可热压成型的优点。而乙醇溶液是在树脂真空脱水操作结束后立即加入乙醇，进行回流搅拌，使树脂均匀溶解后，冷却而成。
三、酚醛树脂的性能及用途
纯酚醛树脂因性脆、机械强度低、耐热性及抗氧化性能力不高、易吸水、高频绝缘性和耐电弧性不好等原因，很少单独加工
成制品，要对酚醛树脂进行改性后再使用.
改性的方法：
化学方法改性：（如封锁酚羟基、引入其他基团包围酚羟基、与多价元素形成配合物、用杂原子取代亚甲基键合基团、与其他高聚物共混等），其品种有聚乙烯醇改性PF、环氧树脂改性PF、有机硅改性PF、硼改性PF、磷改性PF、共混PF等。
物理改性：在酚醛树脂制品为树脂中加入大量填料以进行改性，并以填料的品种不同而具有不同的性能，并应用在不同领域。
热塑性酚醛树脂多适用于PF模压粉和泡沫塑料的原料。热固性酚醛树脂多适用于层压、泡沫及铸造等制品的原料。
1.酚醛树脂模塑料的性能与应用
（1）酚醛树脂模塑料的性能
①机械性能
PF制品的耐蠕变性比热塑性塑料好，尤其是云母和石棉填充的制品更好。
PF制品尤其是玻璃纤维增强的制品的机械强度对温度的依赖性小。
PF树脂及填料都易吸水，产生内应力的翘曲变形，并引起机械强度的下降。
②电器性能
随温度的升高，PF的体积电阻下降；介电强度开始升高，达到100℃后迅速下降；介电损耗角正切值和介电常数升高。
当PF吸水率大于5%时，电性能迅速下降。
③物理性能
收缩率 随填料不同而变化，如表8-21所示。还随加工方法而变化，一般是注塑＞传递成型＞压制成型。
线膨胀系数 是塑料中较小的，一般为（2～4.5）×10－5/K。
④耐热性
PF塑料的耐热性在热固性塑料仅次于SI，但不同填料PF的耐热性不同，无机填充为160℃，有机填充为140℃，玻璃纤维和石棉填充为160～180℃。
⑤耐腐蚀性
不耐酸、碱介质。
（2）酚醛树脂模压塑料的应用
PF模压塑料主要用于电器绝缘件，日用品、汽车电器和仪表零件等。具体产品有电器开关、灯头、电话机外壳、瓶盖、钮扣、手柄、电熨斗及电饭锅零件及刹车片等。
2.酚醛树脂层压制品的性能与应用
（1）纸基层压板
对强酸的稳定性不高，不耐碱，但耐矿物油，绝缘耐热E级。可用于制造电器绝缘结构零件如接线板绝缘垫圈等
（2）布基层压板
机械强度和耐油性好于纸基层压板。多用于垫圈、轴瓦、轴承、皮带及无声齿轮等机械零件，以及电话、无线设备和要求不高的绝缘体等。
（3）玻璃布基层压板
比其他层压板具有耐热性、机械强度高、介电性能好、化学稳定性好等优点。其马丁耐热温度达200℃以上，属于B级绝缘耐热，是重要的电器工业绝缘材料，广泛用于电机、电器及无线电工程中。
（4）石棉层压板
具有耐热性和耐磨擦性突出，多用于刹车片及离合器等耐磨材料及要求高机械强度及耐热的机械零件。
(5)超级纤维层压板
用聚酰胺纤维、碳纤维、石墨等
为基材制成的层压制品具有优异的耐热性能，可作为耐烧蚀导弹外壳、宇宙飞船的耐热面层等。
(6)层压管
以卷绕的纸、棉布及玻璃布等为基材，以酚醛乳液为粘合剂，经热卷、烘焙而制成，主要用于电器绝缘结构零件
(7)敷铜层压板
在纸或玻璃纤维层压板的一面或两面敷上铜箔，以赋予其导电性，主要用于印刷电路板。
第七节 环氧树脂及塑料
环氧树脂：指大分子链上含有醚基而在两端含有环氧基团的一类聚合物，简称为EP。
按组成分：双酚A型、双酚F型、双酚S型及脂环型多种类型。
一、主要原料
1.环氧氯丙烷
结构式：CH2－CH－CH2Cl
O
2．双酚A
双酚A：二酚基丙烷的简称，结构式：
HO－ －C－ －OH
二、原理与工艺
1.聚合及固化原理
(1)环氧氯丙烷、双酚A在NaOH作用下的线型加成反应
原料配比对产物的相对分子质量有显著的影响
(2)线型加成产物的固化反应
用于环氧树脂的固化剂很多，有无机化合物如FB3、SnCl4、ZnCl4、AlCl3等；有机多元胺类如二乙烯三胺、三乙烯四胺、三乙胺、苯二甲胺等；有机多元酸及酸酐、苯酐、均苯四酐等；还有酚醛树脂、脲醛树脂和聚酯等。
2.环氧树脂的生产工艺
按相对分子质量的高低分为：低相对分子质量、中相对分子质量及高相对分子质量环氧树脂三种类型。
（1）环氧树脂生产工艺的控制条件
原料配比：低、中相对分子质量环氧树脂（2∶1），实际上环氧氯丙烷的量还要大些。对于高相对分子质量环氧树脂（接近1∶1）
反应温度与时间：反应温度高，聚合速度快。采用低温度生产工艺，对生成低相对分子质量的环氧树脂有利，反应均匀，且分子大小也均匀，但时间较长。
氢氧化钠的用量与投料方式：合成低相对分子质量环氧树脂时，NaOH要过量，一般配成30%的溶液，合成高相对分子质量环氧树脂时，配成10%的溶液。加入方式，一般分二次滴加为好。
加料顺序：先将双酚A溶解于环氧氯丙烷中，再滴加NaOH时，则生成最低相对分子质量的环氧树脂；
若先将双酚A溶解于碱液中，然后将该溶液加到环氧氯丙烷中树脂的相对分子质量较小；
若先将双酚A溶解于碱液中，然后加入环氧氯丙烷，生成的树脂相对分子质量较大。
（2）低相对分子质量环氧树脂的生产工艺
（3）中等相对分子质量环氧树脂生产方法
中等相对分子质量环氧树脂的平均相对分子质量为500～1500。生产时，先将双酚A溶解于碱液中，再滴加环氧氯丙烷，维持反应温度85～95℃，保持3～4h。反应产物的相对分子质量取决于环氧氯丙烷的滴加速度，加料快，相对分子质量低；加料慢
，相对分子质量高些。反应结束后，反应物静置澄清吸去上层碱液，再水洗数次常压和减压脱水后即得成品树脂。
（4）高相对分子质量环氧树脂生产方法
采用低相对分子质量环氧树脂与双酚A进一步反应的方法制取。
三、环氧塑料的结构、性能与用途
1.环氧塑料的结构
环氧树脂固化前属于线性结构，具有热塑性，中、低相对分子质量的环拉树脂多用于粘合剂和涂料，用于塑料必须加入固化剂交联固化后形成网状结构才可以。高相对分子质量的环氧树脂可以直接加工成塑料制品。
环氧塑料由环氧树脂、固化剂、稀释剂、增塑剂、增韧剂、增强剂及填料等组成。
(1)固化剂：起交联固化作用，常见的有乙二胺（用量6%～8%）、二乙烯三胺（用量8%～10%）、间苯二胺（用量14%～16%）等。
（2）稀释剂：改善环氧树脂的流动性，降低其粘度。主要有戊醇、DOP、DBP及苯乙烯等（用量15%）；苯乙烯氧化物、苯基缩水甘油醚及烯丙基缩水甘油醚等（用量5%～20%）。
（3）增塑剂：为DOP、DBP及磷酸酯类等，用量5%～20%。
（4）增韧剂：为带活性基团的热塑性树脂如PA、丁腈橡胶等。
（5）增强剂：多为纤维类，主要有玻璃纤维及织物。
（6）填料：为无机矿物粉类，如石英粉、云母粉、碳酸钙及钛白粉等，用量200%。
2.环氧塑料的性能
环氧塑料的性能取决于树脂的种类、交联程度、固化剂种类、填料的性能等。
力学性能 EP制成的玻璃钢制品的力学性能很好，比一般的工程塑料还要好。
热学性能 EP具有优良的耐热性能，并取决于树脂和固化剂的品种及用量。
电学性能 EP的电学性能优良，但受添加剂和环境湿度不同而变。
环境性能 可耐一般的酸和碱。
加工性能 环氧塑料可以通过压制、注塑、层压、浇铸等进行成型加工。
3.环氧塑料的用途
（1）环氧玻璃钢制品
用作大型壳体，如游船、汽车车身、座椅、快餐桌、发动机罩、后轮罩、仪表盘、化工防腐管、防腐槽、防腐罐、飞机降舵及氧气瓶等。
（2）注塑和压制制品
主要用于汽车发动机部件、头灯反射镜、制动用制品、开关壳体、线圈架、家电底座、电动机外壳等。
（3）浇铸制品
各种电子和电器元件的塑封，金属零配件的固定。
（4）泡沫塑料制品
主要用于中低温度绝热材料、轻质高强夹心材料、防震包装材料、漂浮材料及飞机上吸音材料等。
第八节 聚氨酯及塑料
聚氨酯：全称为聚氨基甲酸酯，简称PU或PUR。是由多异氰酸酯与聚醚型或聚酯型多羟基化合物在一定比例下反应的产物。一般分为热塑性和热固性两大类；或分为弹性体和泡沫塑
料两大类。
一、主要原料
1.异
氰酸酯
依据产品的用途不同选用不同的异氰酸酯，如甲苯二异氰酸酯可用于软质到硬质泡沫制品；二苯基甲烷二异氰酸酯，用于半硬和硬质泡沫制品；多亚甲基对苯基多异氰酸酯，可用于热固型的硬质泡沫、混炼及浇铸PU制品。
异氰酸酯具有毒性，能与人体的蛋白质反应，空气中的极限充许浓度为0.0002%，故此，生产时要特别注意。
2.多羟基化合物
（1）聚醚
常用的聚醚是以环氧乙烷、环氧丙烷或四氢呋喃等环氧化合物为单体。用丙二醇、丁二醇、甘油等多元醇或乙二胺、三乙胺等胺类化合物为起始剂，进行开环聚合而制得的产物。
（2）聚酯
以羟基为端基的聚酯是相对分子质量在1000～3000之间的过量多元醇与二元酸反应的液体产物。常用的二元酸有已二酸、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐等。常用的多元醇有乙二醇、一缩乙二醇、丁二醇、丙三醇、季戊四醇等。
（3）其他
催化剂——有胺类和锡类。胺类如三乙烯二胺、N-烷基吗啡啉等，有机锡类如二月桂酸二丁锡，一般两者复合加入。
发泡剂——用于发泡制品。具体有水、液态二氧化碳、氟氯烷烃、氢氟酸、戊烷及环戊烷等。
泡沫稳定剂——常用的是水溶性聚醚硅氧烷。
交联剂及扩链剂——常用的有甘油、三羟基甲基丙烷及季戊四醇等。
二、聚氨酯的生产工艺
1.聚氨酯泡沫塑料的生产工艺
聚氨酯泡沫塑料的生产方法按化学反应的过程可以分为一步法和二步法；按产品的形状和操作方法可以分为块状法、喷涂法和浇铸法。
2.硬质聚氨酯泡沫塑料的生产工艺
3.软质聚醚型聚氨酯泡沫的生产工艺
4.聚氨酯弹性体的生产
三、聚氨酯的结构、性能与用途
汽车工业——以聚酯型PU热塑性弹性体主，加入6%～8%的玻璃纤维或玻璃微球增强。具体有保险杠、挡泥板、方向盘、阻流板、行李箱盖、门把手、扶手、仪表盘及防滑链等。还可用作低速行驶的汽车（叉车、小平车等）轮胎。
建筑材料——主要用于运动场人造跑道、地下管密封件、防水材料、建筑混凝
土墙壁和天花板浮雕的模板等。
合成革——用于服装、家具、箱包及车辆座椅等。
第八章 合成树脂及塑料
概述
一、高分子工艺学任务
原料来源：石油化工路线
汽油
煤油
柴油 乙烯 乙烯
石脑油 粗 丙烯 纯 丙烯
丁烯 丁烯
丁二烯 丁二烯
芳烃 芳烃
合成橡胶
塑料
合成树脂 各种产品
纤维
其它：涂料、黏合剂等
二、高分子工艺学学习内容
1.工艺流程设计
（1）催化剂制备和配制
（2）聚合反应
（3）分离
（4）后处理
（5）单体回收
图示：
催化剂
↓
原料→聚合→分离→后处理→成品
单体回收
2.工艺实施方法选择
连锁聚合反应→本体、溶液、悬浮、乳液
缩聚反应→熔融、溶液、固相、界面、乳液
3.操作方式
间歇操作：生产能力小，产品多样化
连续操作：生产能力大，产品种类少
4.设备型式
管式（LDPE）
塔式（尼龙-6）
釜式（采用）→从传热、搅拌、设备材质、高径比等几个方面考虑。
第一节 塑料的分类与应用
树脂：指遇热变软，具有可塑性的高分子化合物的统称。
无定形的透明或半透明的固体或半固体。
分类：
天然树脂：如天然橡胶、树胶、虫胶、琥珀等
按来源
合成树脂：单体合成或天然高聚物改性而得
→是制造合成塑料、合成纤维、合成橡胶、粘合剂、涂料、离子交换树脂等产品的主要原料。
塑料：以树脂为主要成分，适当加入（或不加）添加剂（如填料、增塑剂、稳定剂、颜料等），可在一定温度和压力下塑化成型，而产品最后能在常温下保持形状不变的一类高分子材料。
塑料与树脂区别：树脂→纯聚合物
塑料→以树脂为主的聚合物制品
一、 塑料的分类
1.按塑料受热后的性能变化分类
（1）热塑性塑料
是指成型后再加热可重新软化加工而化学组成不变的一类塑料。如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰胺、聚氨酯、氟塑料类、聚苯醚、聚砜、聚酰亚胺等。
主要成型方法： 压制成型
一定形状的模塑制品
注塑成型
合成树脂 挤压成型→连续管、带、线状制品
（线型高聚物） →混炼→造粒→热塑性塑料 吹塑成型→空心瓶、桶、薄膜
添加剂 压延成型→塑料薄膜
发泡成型→泡膜塑料
人造革
层压→板材
（2）热固性塑料
是指成型后不能再加热软化而重复加工的一类
塑料。酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯、呋喃树脂、聚硅醚树脂等。
主要成型方法：
合成树脂
（活性低聚物） →混合→粉碎→压塑粉→模压→一定形状模塑制品→浸渍
添加剂 →干燥→层压成型→层压板、增强塑料
2.塑料的应用分类
（1）通用塑料
产量大、应用范围广、成型加工好、成本低的一类塑料。
品种：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂、氨基树脂、不饱和聚酯及环氧树脂等。
应用：包装、建筑、农业及日用领域。
（2）工程塑料
能在较宽温度范围内和较长使用时间，保持优良性能，并能承受机械应力作为结构菜料使用的一类塑料。
（3）一般塑料
用量不大，应用范围不广、性能一般的一类塑料。
主要：聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、氟塑料类及氯化聚醚等。
（4）特种塑料
具有独特性能、价格高、产量少、应用范围窄的一类塑料。
主要：耐热塑料、阻隔塑料及导电塑料等，具体品种有聚苯硫醚、聚砜、聚酰亚胺、聚苯胺及乙烯与乙烯醇共聚物等。
3.按塑料的组分分类
（1）单组分塑料
由合成树脂组成，其中仅有少量助剂（如染料、润滑剂、增塑剂等），如：聚乙烯塑料、聚苯乙烯塑料、有机玻璃等。
（2）多组分塑料
除了合成树脂外，还有较多的辅助材料（如填料、增塑剂、阻燃剂、颜料、稳定剂等）
如：酚醛塑料、氨基塑料、硬聚氯乙烯塑料、复合塑料。
4.按高聚物的化学组成分类
分为：聚烯烃树脂与塑料；
聚卤代烃树脂与塑料；
聚酰胺树脂与塑料；
聚酯树脂与塑料等。
二、塑料的应用
国内的塑料制品分布为：包装材料400万t，占22%；
日用350万t，占20%；
农业300万t，占17%；
工业（电子、机械及汽车）300万t，占16%；建筑材料120万t，占7%；
其他330万t，占18%。
第二节 聚乙烯树脂及塑料
聚乙烯：是由乙烯单体经自由基聚合或配位聚合而获得的聚合物，简称PE。其产量自1965年一直高居第一。
生产方法：按照聚乙烯生产压力高低可以分为高压法、中压法和低压法。
一、主要原料
乙烯CH2＝CH2，是最简单的烯烃。
二、聚乙烯生产工艺
（一）乙烯高压聚合生产工艺
聚合机理：自由基聚合反应
引发剂：以微量氧或有机过氧化物
压力： 147.1～245.2MPa
温度： 150～290℃
聚合机理：自由基聚合反应
聚合方法：气相本体聚合
产物：低密度聚乙烯
1．聚合原理
乙烯在高温高压下按自由基聚合反应机理进行聚合。由于反应温度高，容易发生向大分子的链转移反应，产物为带有较多长支链和短支链的线型大分子。同时由于支链较多，造
成高压法聚乙烯的产物的结晶度低，密度较小，故高压聚乙烯称为低密度聚乙烯。
2．主要工艺条件
（1）乙烯纯度：聚合级乙烯气体的规格要求，纯度不低于99.9%。
（2）引发剂：
以氧为引发剂时，用量必须严格控制在乙烯量的0.003%～0.007%之内。防止气体在高压下发生爆炸。
以有机过氧化物为引发剂时，将有机过氧化物溶解于液体石蜡中，配制成1%～25%的引发剂溶液。
（3）相对分子质量调节剂：
如烷烃中的乙烷、丙烷、丁烷、已烷、环已烷；烯烃中的丙烯、异丁烯；氢；丙酮和丙醛等），最常用的是丙烯、丙烷、乙烷等。
（4）聚合温度：
取决于引发剂种类。
以氧为引发剂温度控制在230℃以上；
以有机过氧化物为引发剂时，温度控制在150℃左右。
（5）聚合压力：
108～245MPa，高低依据聚乙烯生产牌号确定。
压力愈大，产物相对分子质量愈大。
（6）聚合转化率与产率
聚合转化率为16%～27%（单程），即采用低转化率聚合，未转化的乙烯经冷却器冷却后循环使用，总产率高达95%。聚合时进料温度为40℃，乙烯-聚乙烯混合物出料温度160～280℃，大部分反应热离开反应器的物料带走。反应器夹套冷却只能除去部分热量。
（7）聚合产物的相对分子质量测定
低密度聚乙烯树脂的数均相对分子质量控制在10000～50000，重均相对分子质量控制在100000以上。
测定方法：采用“熔融指数（MI）”法，以熔融指数的大小表示其相应的相对分子质量及流动性。一般生产控制的熔融指数为0.3；0.4；0.5；0.7；2.0；2.5；5.0；7.0；20等。
3．乙烯高压聚合生产工艺流程
生产过程：压缩、聚合、分离和掺合四个工段。
来自于总管的压力为1.18MPa的聚合级乙烯进入接收器（1），与来自辅助压缩机（2）的循环乙烯气混合。经一次压缩机（3）加压到29.43MPa，再与来自于低聚物分离器（4）的返回乙烯一起进入混合器（5），由泵（6）注入调节剂丙烯或丙烷。气体物料经二次压缩机（7）加压到113～196.20MPa（具体压力根据聚乙烯牌号确定），然后进入聚合釜（8），同时，由泵（9）连续向反应器内注入微量配制好的引发剂溶液，使乙烯进行高压聚合。
从聚合釜出来的聚乙烯与未反应的乙烯经反应器底部减压阀减压进行冷却器（10），冷却至一定温度后进入高压分离器（11），减压至24.53～29.43MPa，分离出来的大部分未反应的乙烯与低聚物，经过低聚物分离器（4），分离出低聚物后，乙烯返回混合器（5）循环使用；低聚物在低聚物分液器（14）中回收夹带的乙烯后排出。由高压分离器（11）出来的聚乙烯物料（含少量未反应的乙烯），在低压分离器（12）中减压
至49.1kPa，其中分离出来的残余乙烯进入乙烯接收器（13）。在低压分离器底部加入抗氧剂、抗静电剂等后，与熔融状态的聚乙烯一起经挤压齿轮泵（15）送至切粒机（16）进行水下切粒。切成的粒子和冷却水一起到脱水贮槽（17）脱水，再经振动筛（18）过筛后，料粒用气流送到掺合工段。
用气流送来的料粒首先经过旋风分离器（19）中，通过气固分离后，颗粒落入磁力分离器（20）以除去夹带的金属粒子，然后进入缓冲器（21）。缓冲器中料粒经过自动磅秤和三通换向阀进入三个中间贮槽（22）中的一个，取样分析，合格产品进入掺合器（23）中进行气动循环掺合；不合格产品送至等外品贮槽（24）进行掺合或贮存包装。
掺合均匀后的合格产品——聚乙烯颗粒气流送至合格品贮槽（25）贮存，然后用磅秤称量，装袋后送入成品仓库。
高压法生产聚乙烯的流程比较简单，产品性能良好，用途广泛，但对设备和自动控制要求较高。
4．聚合反应设备
现在工业采用的乙烯高压聚合反应器可以分为釜式反应器和管式反应器两种。
（1）釜式反应器
材质为优质合金钢，形状为圆筒形，L/D为4～20，带有1000～2000rpm的高速搅拌器。生产中可以单釜操作，也可以两釜串联操作。釜内（L/D较大）搅拌轴上带有分区档板，适合于单线操作。容积为1m3的釜式反应器，单线生产能力为100000t/a。
最大特点是生产易控，产品多样。
（2）管式反应器
L/D为300～40000。内径为25～75mm的高压合金钢管。最长的管式反应器在900m以上。一般分为二段式，第一段是聚合引发段，第二段是冷却（温度不能低于130℃，以防止聚乙烯凝固）段。
（二）乙烯中压聚合工艺
两条路线：
第一条路线是乙烯单体，以烷烃为溶剂，以CrO3-Al2O3-SiO2引发剂，在150℃，4.91MPa下聚合。
第二路线是乙烯单体，以脂肪烃或芳烃为溶剂，以MoO2-Al2O3或氧化镍-活性炭为引发剂，在200～260℃，6.87MPa下聚合。
1．主要工艺条件
（1）单体
杂质如水、氧、一氧化碳及含硫、氮、卤素等化合物都要的控制在万分之一以下；为了防止乙烯与其他烯烃共聚，而不能含有其他烯烃。单体中含有的饱和烷烃对聚合没有影响。
（2）引发剂
最好是采用以CrO3分散于Al2O3-SiO2组成的载体上的固体引发剂。其中铬的含量为2%～3%。载体Al2O3-SiO2的用量在90∶10范围内效果较好。同时，要求载体的表面积要小，孔穴较大为好。反之，使生成的聚乙烯容易混有引发剂。
（3）溶剂
主要采用饱和的石蜡烃或环烷烃。其中C5～C12是最好的。
（4）温度
一是引发剂活化温度，引发剂的活化温度越高，所得聚乙烯的相对分子质量越低，如
图8-2所示。适宜的引发剂活化温度为550℃左右。
二是聚合反应的温度。
（5）聚合压力
聚乙烯的相对分子质量随压力的升高而增加。
3．乙烯中压法聚合工艺流程
（三）乙烯低压聚合工艺
以烷基铝和TiCl4或TICl3组成的配合物为引发剂，于常压下，60～75℃下聚合成高密度聚乙烯的方法。
1．聚合原理
配位阴离子聚合机理。
2．乙烯低压聚合工艺条件
（1）原料
单体、引发剂、溶剂
（2）工艺条件
聚合温度：60～75℃。
聚合压力：一般在0～981kPMa之间。
3．乙烯低压聚合工艺流程
乙烯在以Al(C2H5)3-TiCl4的引发剂，聚合温度为60～75℃，聚合压力为0～981kPa。
工艺过程包括：引发剂的配制、聚合、分离、净化与干燥、溶剂回收等。
三、聚乙烯的结构、性能、用途
1．聚乙烯的结构
乙烯的化学组成为碳和氢，重复结构单元为－CH2－CH2－，是主链为碳原子组成的线型高聚物。
依据聚合方法的不同，其产物结构不同。
（1）高压法合成的聚乙烯：平均每1000个碳原子中含15～20个支链，其中短支链为甲基和长支链为烷基（如正丁基等）。
（2）中压法和低压法合成的聚乙烯：基本上无支链。
由于结构的不同，其结晶度的密度不同。
（1）高压聚乙烯：
相对分子质量为25000～50000，结晶度为50%～60%，密度为0.91～0.93，熔融温度为115℃，一般称为低密度聚乙烯（low density polyethylene）。
（2）中压法聚乙烯：
相对分子质量为45000～50000，结晶度为85%以上。
（3）低压法聚乙烯：
相对分子质量一般小于350000，超过1000000的为超高相对分子质量聚乙烯，结晶度80%以上，密度为0.92～0.97，熔融高于127℃，一般称为高密度聚乙烯（high density polyethylene）。
按照聚乙烯的结构性能可以分为：
高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、超高相对分子质量聚乙烯（UHMWPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）和茂金属聚乙烯，此外，还有改性品种如乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）和氯化聚乙烯（CPE）等。
2．聚乙烯的性能
（1）一般性能
（2）力学性能
聚乙烯的力学性能一般，拉伸强度较低，抗蠕变性不好，耐冲击性好。冲击强度LDPE＞LLDPE＞HDPE，其他力学性能LDPE＜LLDPE＜HDPE。主要受密度、结晶度和相对分子质量的影响，随着这几项指标的提高，其力学性能增大。耐环境应力开裂性不好，但当相对分子质量增加时，有所改善。耐穿刺性好，其中LLDPE最好。
（3）热学性能
聚乙烯的耐热性不高，随相对分子质量和结晶度的提高有所改善。耐低温性能好，脆性温度一般可达－50℃以下；并随相对分子质量的增大，最低可达－140℃。聚乙烯的线膨胀系数大，最高可达（20～24
）×10－5/K。热导率较高。
（4）电学性能
因聚乙烯无极性，所以具有介电损耗低、介电强度大的优异电性能，即可以做调频绝缘材料、耐电晕性塑料，又可以做高压绝缘材料。
（5）环境性能
由于聚乙烯分子中含有少量双键和醚键，其耐候性不好，日晒、雨淋都会引起老化，需要加入抗氧剂和光稳定剂改善。
（6）加工特性
因LDPE、HDPE的流动性好，加工温度低，粘度大小适中，分解温度低，在惰性气体中高温度300℃不分解，所以是一种加工性能很好的塑料。但LLDPE的粘度稍高，需要增加电机功率20%～30%；易发生熔体破裂，需增加口模间隙和加入加工助剂；加工温度稍高，可达200～215℃。聚乙烯的吸水率低，加工前不需要干燥处理。
聚乙烯制品在冷却过程中容易结晶，因此，在加工过程中应注意模温。以控制制品的结晶度，使之具有不同的性能。聚乙烯的成型收缩率大，在设计模具时一定要考虑。
3．聚乙烯的用途 见教材表8-10
第三节 聚甲基丙烯酸甲酯
俗称“有机玻璃”，是甲基丙烯酸甲酯的聚合物，简称PMMA。是具有较高软化点，较好冲击强度和耐气候性的，清澈、无色透明的热塑性塑料。
一、主要原料
1.甲基丙烯酸甲酯：CH2＝C－COOCH3
2.理化性能：在常温常压下是带有特殊气味的无色、透明液体，易溶于有机溶剂中。
3.来源： 丙酮氰醇
（1）合成路线法
异丁烯氧化法
（2）废有机玻璃在270℃以下解聚。
二、聚甲基丙烯酸甲酯生产工艺
（一）聚合原理
1.反应机理：自由基聚合机理
2.引发方式：光、热、或引发剂
3.实施方法：
本体聚合→生产有机玻璃（关键的问题是如何控制克服甲基丙烯酸甲酯聚合过程中的“凝胶效应”和聚合过程体积收缩问题）
悬浮聚合→生产模塑粉
溶液聚合→生产油漆，但应用较少
乳液聚合→生产皮革或织物处理
（二）生产工艺
1.本体聚合浇注法生产板、棒、管状有机玻璃
（1）有机玻璃板材的生产
生产过程为：制模、制浆（预聚合）、灌浆、聚合、脱膜等。
预聚合的目的：①缩短聚合反应的诱导期
②移出较多的聚合热
③减少聚合时的体积收缩
④可以减少灌模的渗漏损失
（2）有机玻璃棒材的生产
要经过制浆、灌浆、聚合、脱模等过程。
为了克服棒材因单体聚合收缩不均匀而造成缺陷，需要采取连续分层聚合法。
（3）有机玻璃管材的生产
用铝管作模具，先将一端封闭，根据要求厚度灌入预制浆液，旋转，管外喷啉热水，浆液即均匀分布于管壁并进一步聚合生成壁厚一致的有机玻璃管。
2.悬浮聚合
制得的PMMA相对分子质量分布较均匀，流动性好，所以
常用于做模塑粉、做注射成型的原料。
（1）普通PMMA模塑粉的生产
配方：
甲基丙烯酸甲酯100
去离子水200
过氧化苯甲酰0.08
聚甲基丙烯酸（5%）20
NaH2PO4?12H2O 10
聚合过程：去离子水、聚甲基丙烯酸、NaH2PO4?12H2O→聚合釜（搅拌、不锈钢、搪瓷）→搅拌均匀→加入引发剂、单体→夹套内通蒸汽加热，至82℃→维持1h后→加热至93℃保持40min→降温至65℃放料→过滤→洗涤→干燥→热轧→粉碎→过筛→模塑粉。
（2）医用PMMA模塑粉的生产
配方：
甲基丙烯酸甲酯100份
过氧化苯甲酰0.73份
去离子水600份
聚乙烯醇0.036份
聚甲基丙烯酸（0.1%）25.7份
聚合过程：与普通模塑粉生产过程类似。
制得的模塑粉，筛分后，取40～120目粉料为牙托粉用料；120目以上粉料为造牙粉用料。
三、聚甲基丙烯酸甲酯的结构、性能与用途
1.结构：
线型热塑性高聚物，因此是无定形的。
2.性能：
（1）光学性能→高度透明
（2）力学性能→质轻而坚韧
（3）热学性能
（4）电学性能→高频率绝缘材料
（5）环境性能→耐候性好，耐溶剂一般
3.用途：
照明及采光→仪表窗、展示窗、广告窗、天花板、照明板等。
光学仪器→光学镜片如眼镜、放大镜及透镜等，信息传播材料如光盘及光纤等。
医学材料→用于牙科材料如牙托、假牙以及假肢材料等。
日用品→各种产品模型、标本及工艺美术品等，各种钮扣、发夹、儿童玩具、笔杆及绘图仪器等。
第四节 聚氯乙烯树脂及塑料
聚氯乙烯:是由氯乙烯单体经自由基聚合而成的聚合物，简称PVC。
分类：1.按相对分子质量的大小分为两类：
通用型→平均聚合度为500～1500（常用）；
高聚合度→平均聚合度大于1700以上。
2. 按形态可以分为两种：
粉状→用于生产压延和挤出制品；
糊状→用于人造革、壁纸、儿童玩具及乳胶手套等。
3.按结构不同可以分为两种：
紧密型→呈乒乓球状，吸收增塑剂能力低，用于硬制品生产；
疏松型→呈棉花团状，可大量吸收增塑剂，用于软制品生产。
一、主要原料
单体；氯乙烯CH2＝CHCl
常温常压下是带有乙醚香味的无色气体，容易液化。
来源：乙炔电石法路线
联合法路线→目前生产氯乙烯的主要路线
乙烯氧氯化法→新的路线
二、聚氯乙烯的生产工艺
（一）聚合原理与方法
1.聚合原理：自由基型聚合反应。
2.引发剂：油溶性的偶氮类、有机过氧化物类和氧化-还原引发体系
3.链增长方式：头-尾相连
4.链转移方式：向单体的转移，是影响产物相对分子质量的主要因素。
5.实施方法：
悬浮聚合→常用
溶液聚合→生产成本高，除特殊涂料生产使用外，应用较少
本体聚合
、乳液聚合→凝胶效应而产生“自动加速”
6.实施方法的选择：根据产品的用途、劳动强度、成本高低等合理选择
（二）氯乙烯悬浮聚合生产工艺
1.特点与技术进步
操作简单、生产成本低、产品质量好、经济效益好、用途广泛等，适于大规模的工业生产。
在树脂质量上，用悬浮聚合生产的PVC树脂的孔隙率提高了300%以上，经过适当处理的树脂，其单体氯乙烯的残留量由原来的0.1%降到了0.0005%以下。同时，设备结构改进、大型化和采用计算机数控联机质量控制，使批次之间树脂质量更加稳定。
另外，清釜技术、大釜技术和残留单体回收技术的发展，减少了开釜次数，进而减少了氯乙烯单体的释放量；采用烧结、冷凝或吸收方法汽提产品和处理废气，进一步减少了氯乙烯单体的消耗。
2.氯乙烯悬浮聚合工艺条件
（1）单体纯度
单体纯度在99.9%以上，其他杂质的含量如表。
乙炔→参与聚合后，形成不饱和键使产物热稳定性变坏。不饱和多氯化物存在，不但降低聚合速率、降低产物聚合度，还容易产生支链，使产品性能变坏，“魚眼”增多。
（2）引发剂
多用有机过氧化物和偶氮类引发剂，复合使用，效果比单独使用好，其优点是反应速度均匀，操作更加稳定，产品质量好，同时使生产安全。
工业生产中聚合时间一般控制在5～10h，应用选择t1/2为2～3h的引发剂。如果采用复合型引发剂，最好是一种引发剂的为t1/2为1～2h，另一种引发剂的t1/2为4～6h。
（3）分散剂
工业常用：明胶、聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素等。
明胶→用量为单体量的0.05%～0.2%，所得树脂的颗粒为乒乓球状，不疏松、粒度大小不均，“魚眼”多。
聚乙烯醇→所得聚氯乙烯为疏松型棉花球状的多孔树脂，吸收增塑剂速度快，加工塑化性能好，“魚眼”少，热稳定性好。
工业上：常以纤维素类（如羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素等）和醇解度75～90%的聚乙烯醇为主分散剂，以非离子山梨糖醇如一月桂酸酯、一硬脂酸酯、三硬脂酸酯等为助分散剂，两者进行复合使用效果也很好。
（4）水质与水量
水→去离子水，水中的氯离子、铁和氧等的含量要严格控制，其中氯离子超过一定含量会造成树脂颗粒不均，“魚眼”增多；水中的铁会降低树脂的热稳定性，并能终止反应。
用量→与树脂内部结构有关，紧密型树脂（作明胶为分散剂）的生产，单体与水的质量比为1∶1.1～1∶1.3；疏松型树脂（以聚乙烯醇为分散剂）的生产，单体与水的质量比为1∶1.4～1∶2.0。
作用→起分散作用，有利于传热，控制生产容易。
（5）系统中的氧
作用→对聚合有缓聚和阻
聚，必须彻底清除干净。
（6）其他助剂
pH调节剂→控制在7～8，即在偏碱性的条件下进行聚合调节剂。
防止粘釜剂→影响传热及产品的质量。人工清釜劳动强度大，条件恶劣，影响工人健康。
防止粘釜方法→选择合适的引发剂；
在水相中加入水相阻聚剂如次甲基蓝、硫化钠等；在釜壁、搅拌器等设备上喷涂一定量的防粘釜剂。
常见的防粘釜剂：水浴黑、亚硝基R盐，还有多元酚的缩合物等。一旦发现有粘釜现象，采用高压（14.7～39.2MPa）水冲洗法清除。
泡沫抑制剂（消泡剂） 邻苯二甲酸二丁酯、（未）饱和的C6～C20羧酸甘油酯等。
（7）聚合温度与压力
聚合温度→决定着聚合产物的相对分子质量大小，因此，当配方确定以后，必须严格控制聚合的温度。并且，要确保温度控制平稳，要有降温处理手段，防止出现异常现象，一般采用大流量低温差循环方式。最好采用计算机数控联机质量控制系统。
聚合压力→聚合温度下，氯乙烯有相应的蒸汽压力，只有在聚合末期，大量单体聚合后，压力才明显下降，
3.氯乙烯悬浮聚合生产工艺
（1）工艺配方（质量份数）
（2）主要工艺参数
①聚合→聚合温度、聚合压力、聚合时间、转化率
②碱处理→NaOH浓度、加入量、温度、时间
③脱水→紧密型树脂含水率、疏松型树脂含水率
④干燥→气流干燥管干燥（温度、风速、物料停留时间、含水率）
沸腾床干燥（干燥温度、物料停留时间、含水率）
（3）工艺流程
（4）碱处理的目的
破坏残存的引发剂、分散剂、低聚物和挥发性物质，使其变成能溶于热水的物质，便于水洗清除。
（5）树脂的干燥方法
采用二段式干燥法：气流干燥管→除的是树脂上的表面非结合水
沸腾床干燥器→除的是树脂内部结合水
缺点：物料停留时间长，投资较大，热效率较差，费用较高，
改进：赫司特公司采用的MST旋风干燥器，具有停留时间适中、热效率利用好的特点。
4.聚合设备→聚合釜（釜式聚合反应器）
（1）主要参数
材质：复合钢板、全不锈钢和搪瓷三种
趋势→大型化
国内→普遍采用33m3复合钢板釜
国外→日本采用127m3聚合釜，德国采用200m3聚合釜。
（2）聚合釜的传热
传热能力意味着釜的生产能力。
传热能力：
式中 Q——传热能力或传热速度（kJ/h）；
K——传热系数（W/(m2?K)）
Δtm——传热温差（℃）
提高传热能力的途径：增大传热面积、提高传热系数、增大传热温度差。
① 传热面积
影响因素→聚合釜的高径比和容积。
高径比：（aspect ratio）=L/D
L/D越大（瘦长型）→釜的传热面积、越大；
L/D＝1时，釜的传热面积最小。
L/D影响搅拌器的安装
↓
按日本日立公司的观点是，当釜的容积小于30m3时，传热面积是主要矛盾，因此L/D应大些；当釜的容积大于30m3时，搅拌器是主要矛盾，因此L/D应小些。按神钢法德拉的观点是，无论多大的釜，搅拌器是主要矛盾，因此，L/D要小些。我国的观点与日立公司的观点基本相同，一般L/D在1.5～4左右。
比传热面积：随釜容积的增加而减小，用比传热面积A/V（m2/m3）表示
若釜容积放大比传热面积将下降。
解决方法：采用釜内加内冷管或D型档板或釜项冷凝器等来增加传热面积。但加内冷管后对搅拌和粘釜都有一定的影响，因此，能不加还是不加或尽量少加。
②传热系数
一般： 465～582 W/(m2?K)，甚至在698 W/(m2?K)以上，搪瓷釜可以达349 W/(m2?K)以上。当传热系数在233 W/(m2?K)以下时，则认为传热不好应该强化。影响传热系数的因素如下式所示。
式中 α1、α2——分别为釜内和釜外给热系数（W/(m2?K)）
δi——为釜壁粘釜物层、不锈钢层、碳钢层、搪瓷层、水垢层各层的厚度（m）
λi——为釜壁粘釜物层、不锈钢层、碳钢层、
提高传热系数的方法：及时清除粘釜物；
使用软化水进行冷却，以减少水垢；
保证釜壁强度的情况下，尽量减薄碳钢的壁厚；增加冷却水的流速→方案有两种。
非循环系统：用于小型的搪瓷聚合釜。
大流量低温差循环系统：用于大型聚合釜，优点是冷却水流速大，有利于传热；釜内温度分布均匀，产品质量好；防止粘釜。
③传热温差
聚合可以使用的水夏季在30℃左右，深井水可常年保持12～15℃，冷冻水可达5～8℃。更低的冷冻盐水可达－15～－35℃。
冷却水的出入口温度差越大，对传热越有利于，但对产品质量控制不利。因此，多采用上述大流量低温差循环方式。
（3）搅拌器浆叶形式及作用
分为两大类型：低粘度用→典型浆叶有浆式、推进式、涡轮式、三叶后掠式等（氯乙烯悬浮聚合）
高粘度用→典型浆叶有锚式、框式、螺带式、螺轴和导流筒组合式等。
搅拌作用：强制传热，确保液滴形成与分散。搅拌叶形式不同，其作用不尽一样。
直浆式→径向循环为主；
推进式→轴向循环为主；
三叶后掠式→同时有径向和轴向循环。
选择：应使搅拌同时具有两个作用，一般将浆式与推进式组合使用。
搅拌转速：在悬浮聚合中必须控制。
三、聚氯乙烯的结构、性能及用途
1.聚氯乙烯的结构
2.聚氯乙烯的性能
（1）一般性能
（2）力学性能
（3）热学性能
（4）电学性能
（5）环境性能
（6
）加工性能
3.聚氯乙烯塑料的用途
类 别 具体应用
硬质聚
氯乙烯 管材 上水管、下水管、输气管、输液管、穿线管
型材 门、窗、装饰板、木线、家具、楼梯扶手
板材 可分为瓦椤板、密实板、发泡板等。用于壁板、天花板、百叶窗、地板、装饰材料，家具材料、化工防腐贮槽等
片材 吸塑制品如包装盒等
丝类 纱窗、蚊账、绳索
瓶类 食品、药品及化妆品等用的包装材料
注塑制品 管件、阀门、办公用品罩壳及电器壳体等
软质聚
氯乙烯 薄膜 农用大棚膜、包装膜、日用装饰膜、雨衣膜、本皮膜
电缆 中、低压绝缘和护套电缆料
鞋类 雨鞋、凉鞋及布鞋的鞋底、鞋面材料
革类 人造革、地板革及壁纸
其他 软透明管、唱片及垫片
第五节 聚苯乙烯、ABS树脂及塑料
优点：高度透明、电绝缘性好、易着色、加工流动性好、刚性好、及化学腐蚀等。
缺点：性脆、冲击强度低、易出现应力开裂、耐热性差、不耐沸水等。
改性： ABS树脂
一、主要原料
苯乙烯性质：无色或微黄色易燃液体；有芳香气味和强折射性；
化学性质非常活泼，不但能进行均聚合，也能与其他单体如丁二烯、丙烯腈等发生共聚合反应。是合成塑料、橡胶、离子交换树脂和涂料等的主要原料。
贮存、运输：加入少量的间苯二酚或叔丁基间苯二酚等阻聚剂。
二、聚苯乙烯生产工艺
聚合机理：离子型聚合（包括配位离子型）、自由基型进行聚合
聚合方法：本体聚合和悬浮聚合
1.苯乙烯的本体聚合
（1）引发剂：可加、也可通过单体的热引发进行聚合
（2）反应器：有塔式、釜式、槽式和管式等，一般采用两个或更多反应器串联。随着苯乙烯本体聚合工艺的不断改造，还出现了五釜串联、三釜一管串联、一立一卧串联等生产工艺。
2.苯乙烯的悬浮聚合
（1）苯乙烯低温悬浮聚合
单体与水比值：1∶1.4～1∶1.6
分散剂：磷酸三钙
引发剂：过氧化苯甲酰（占90%～80%）和过氧化叔丁基苯甲酸酯（占10%～20%）复合型引发剂，份散介质：水（去离子水）
单体纯度： 99.5%以上（各种杂质如甲苯、乙苯、甲基苯乙烯、二乙烯基苯等要控制规定指标之内），
聚合转化率：控制在90%左右
工艺流程：
产品：一般聚苯乙烯相对分子质量可达20×104。宜作发泡聚苯乙烯的材料。
（2）苯乙烯高温悬浮聚合
分散剂： MgCO3（主）
苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物（助）
工艺流程：
三、聚苯乙烯塑料的结构、性能与用途
1.聚苯乙烯的结构
PS的大分子主链为饱和烃类聚合物，具有良好的电绝缘性；又因吸湿性小，用于潮湿环
境中。侧基为体积大的苯环，分子结构不对称，大分子链运动困难，PS呈现刚性和脆性，制品易产生内应力。 侧苯基在空间的排列为无规结构，导致PS为无定型聚合物，具有很高的透明性；由于苯基的存在，主链上α氢原子活化，易于被空气中的氧氧化，制品长期户外使用变黄变脆。
2.聚苯乙烯的性能
（1）一般性能
PS为无色透明的粒料，燃烧时发浓烟并带有松节油气味，吹熄可拉长丝；制品质硬似玻璃状，落地或敲打会发出类似金属的声音；能断不能弯，断口处呈现蚌壳色银光。PS的吸水率为0.05%，稍大于PE，但对制品的强度和尺寸稳定性影响不大。
（2）光学性能
透明性好是PS最大的特点，但因苯环的存在，其双折射较大，不能用于高档光学仪器。
（3）力学性能
PS硬而脆、无延伸性、拉伸至屈服点附近即断裂。PS的拉伸强度和弯曲在通用热塑性塑料中最高，其拉伸强度可达60MPa；但冲击强度很小，难以用做工程塑料。PS的耐磨性差，耐蠕变性一般。PS的力学性能受温度的影响比较大。
（4）热学性能
PS的耐热性能、耐低温性也不好
（5）电学性能
PS的电绝缘性优良，可耐适当的电晕放电，耐电弧性好，适于做高频绝缘材料。
（6）环境性能
PS的化学稳定性较好，耐候性不好，其耐光、氧化性都差，不适于长期户外使用；但耐辐射性好。
（7）聚苯乙烯塑料的加工性能
是一种易于加工的塑料，在加工前一般不需干燥；
3.聚苯乙烯的用途
电器制品：兼有透明性和良好的绝缘性，可用于电视机、录音机及各种电器的配件、壳体及高频电容器等。
透明制品：具有优异的透明性，可用于一般光学仪器、透明模型、灯罩、仪器罩壳及包装容器等,着色性和光泽性好，可广泛用于日用品的生产如儿童玩具、装饰板、磁带盒、家具把手、梳子、牙刷把、笔杆及文具等。
包装材料：泡沫塑料，多用于电器、精密仪表、工艺品、玻璃制品及陶瓷制品等包装；隔热材料等。
四、ABS树脂的生产工艺
ABS树脂是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的三元共聚物，由于它具有优良的耐冲击
韧性和综合性能，是重要的工程塑料之一，应用非常广泛。
乳液掺合法
掺合法
固体掺合法
本体法
本体-悬浮法
接枝法 乳液-本体法
乳液法 乳液接枝-乳液AS掺合
乳液接枝掺合法 乳液接枝-悬浮AS掺合
乳液接枝-本体AS掺合
五、聚苯乙烯型离子交换树脂
离子交换树脂是分子中含有活性功能基而能与其他物质进行离子交换的树脂。它是高分子发展史上第一个功能高分子产品，是普通高聚物经化学修饰的产物。
离子交换树
脂的由网状结构的高分子骨架和连接在骨架上的功能基组成。
因此，按功能基的特性可以分为：强酸性、弱酸性、强碱性、弱碱性、螯合性、氧化还原性、（酸、碱）两性离子交换树脂等7类。
从骨架的角度，按骨架的物理结构可以分为凝胶型树脂和大孔型树脂。按化学结构可以分为苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环氧系、乙烯吡啶系、脲醛系、氯乙烯系等7大类。其中苯乙烯系列是较重要的一类。
离子交换树脂的合成过程，先是合成网状结构的高分子骨架，后是通过高聚
物的化学变化引入相应功能基。
应用较广和生产量较大是：聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂和聚苯乙烯季胺型阴离子交换树脂
主要应用：纯水制备、药物提纯、稀有金属和贵重金属的提纯等。
第六节 酚醛树脂及塑料
酚醛树脂：酚类化合物与醛类化合物在酸性或碱性条件下，经缩聚反应而制得的一类聚合物的统称。常用：苯酚和甲醛为单体缩聚的酚醛树脂，简称为PF，是第一个工业化生产的树脂品种。
酚醛塑料：以酚醛树脂为主要成分并添加大量其他助剂而制得的制品，包括PF模塑料制品、PF层压制品、PF泡沫塑料制品、PF纤维制品、PF铸造制品及PF封装材料等六种。
一、主要原料
1.苯酚：HO－ 。俗称石炭酸，无色或白色晶体，有特殊气味。有毒！且有腐蚀性。
2.甲醛：H－C＝O，无色气体，有特殊的刺激气味，对人的眼鼻等有刺激作用。
二、酚醛树脂的生产原理与工艺
1.热塑性酚醛树脂的聚合原理与生产工艺
（1）热塑性酚醛树脂的聚合原理
热塑性酚醛树脂：甲醛与三官能度的酚（苯酚、间甲酚）或双官能度的酚（邻甲酚、对甲酚等）在酸性介质中缩聚而成的。
采用三官能度的酚时，酚必须过量，一般酚与甲醛的物质的量的比为6∶5或7∶6，若减少酚的量，即使在酸性介质中，也会生成热固性酚醛树脂，增加酚的用量会使树脂的相对分子质量降低。
固化时，利用树脂中酚基上未反应的对位活泼氢与甲醛或六甲基四胺作用，形成不溶不熔的热固性酚醛树脂。
（2）热塑性酚醛树脂的生产工艺
热塑性酚醛树脂主要用于制备模塑粉。
工业上生产方法：间歇法和连续法两种，其中以间歇法为主。
典型生产配方：
苯酚 100份
甲醛 26.5～27.5份
盐酸 第一次加入使pH达到1.6～2.3；第二次加入量为0.056份
油酸 1.5～2.0份
生产过程：原料准备、溶液缩聚与树脂干燥、卸料与冷却、树脂的粉碎等。
① 原料准备
桶装（或槽装）苯酚熔化后，用真空管路或离心泵送入钢制保温贮槽。
用真空管路或离心泵将桶装（或槽装）甲醛送入铝制贮罐，在
送入计量槽前，必须加热搅拌，溶解其中的多聚甲醛。
②溶液缩聚与树脂干燥
a.溶液缩聚
按配方将计量的苯酚与甲醛加入反应釜内，搅拌混合均匀（约5min），加入第一批盐酸，使釜内混合物料的pH达到1.6～2.3。然后向反应釜夹套通蒸汽加热，当物料温度升至55～65℃时，停止加热。由于反应的放热效应使物料温度会自行上升至95～98℃而开始沸腾，此时，打开冷凝器，使反应物的蒸汽冷凝回流，同时停止搅拌并向夹套内通入冷却水，以防止反应过于激烈。沸腾20min后，再启动搅拌器搅拌，并加入第二批盐酸，继续保持45min左右，直到树脂密度达到1.15～1.18时为止。
b.树脂的干燥
缩聚完毕后，停止搅拌，使树脂分层，并吸出树脂上层水，以热水洗涤数次；再对树脂进行真空干燥，以除去树脂中所含的水分、甲醇、催化剂及未反应的甲醛和苯酚。
c.卸料与冷却
经真空脱水后的树脂很粘稠，应趁热及时出料。
③树脂的粉碎
热塑性酚醛树脂比较脆，极易粉碎。制造模塑粉用的树脂，一般用十字形锤式粉碎机粉碎，粉碎后的树脂有30%能通过0.25号筛。
采用上述过程生产的模塑粉是模压塑料的半成品，它与热固性酚醛模塑粉相比，具有贮存稳定，成型速度快等优点。
模塑粉的组成包括酚醛树脂树脂、填料、固化剂、着色剂、润滑剂等。经过混合、辊压、粉碎与过筛、并批等过程制成成品。
2.热固性酚醛树脂的聚合原理与生产工艺
（1）热固性酚醛树脂的聚合原理
是苯酚与甲醛在碱性介质中缩聚而得。
其中甲醛稍微过量，一般酚与甲醛的物质的量的比为6∶7。反应的第一阶段形成各种羟基酚，第二阶段是各种羟基酚之间进行反应，第三阶段是形成网状大分子的反应：
（2）热固性酚醛树脂的生产工艺
热固性酚醛树脂的生产设备与工艺基本上与生产热塑性酚醛树脂时的设备与工艺相同。不同的是酚与醛的配比不同，催化剂为碱性物质，并且不同牌号的热固性酚醛树脂性能不同。
用于生产层压塑料或玻璃纤维增强塑料的热固性层压酚醛树脂，一般制成液体树脂，如乳液树脂或乙醇溶液。
乳液热固性酚醛树脂是经部分脱水后的粘稠缩聚物，主要用于浸渍纤维状填料（如木粉、棉纤维、布、石棉纤维等），具有节省溶剂、价廉、安全、浸渍后的物料经干燥后便可热压成型的优点。而乙醇溶液是在树脂真空脱水操作结束后立即加入乙醇，进行回流搅拌，使树脂均匀溶解后，冷却而成。
三、酚醛树脂的性能及用途
纯酚醛树脂因性脆、机械强度低、耐热性及抗氧化性能力不高、易吸水、高频绝缘性和耐电弧性不好等原因，很少单独加工
成制品，要对酚醛树脂进行改性后再使用.
改性的方法：
化学方法改性：（如封锁酚羟基、引入其他基团包围酚羟基、与多价元素形成配合物、用杂原子取代亚甲基键合基团、与其他高聚物共混等），其品种有聚乙烯醇改性PF、环氧树脂改性PF、有机硅改性PF、硼改性PF、磷改性PF、共混PF等。
物理改性：在酚醛树脂制品为树脂中加入大量填料以进行改性，并以填料的品种不同而具有不同的性能，并应用在不同领域。
热塑性酚醛树脂多适用于PF模压粉和泡沫塑料的原料。热固性酚醛树脂多适用于层压、泡沫及铸造等制品的原料。
1.酚醛树脂模塑料的性能与应用
（1）酚醛树脂模塑料的性能
①机械性能
PF制品的耐蠕变性比热塑性塑料好，尤其是云母和石棉填充的制品更好。
PF制品尤其是玻璃纤维增强的制品的机械强度对温度的依赖性小。
PF树脂及填料都易吸水，产生内应力的翘曲变形，并引起机械强度的下降。
②电器性能
随温度的升高，PF的体积电阻下降；介电强度开始升高，达到100℃后迅速下降；介电损耗角正切值和介电常数升高。
当PF吸水率大于5%时，电性能迅速下降。
③物理性能
收缩率 随填料不同而变化，如表8-21所示。还随加工方法而变化，一般是注塑＞传递成型＞压制成型。
线膨胀系数 是塑料中较小的，一般为（2～4.5）×10－5/K。
④耐热性
PF塑料的耐热性在热固性塑料仅次于SI，但不同填料PF的耐热性不同，无机填充为160℃，有机填充为140℃，玻璃纤维和石棉填充为160～180℃。
⑤耐腐蚀性
不耐酸、碱介质。
（2）酚醛树脂模压塑料的应用
PF模压塑料主要用于电器绝缘件，日用品、汽车电器和仪表零件等。具体产品有电器开关、灯头、电话机外壳、瓶盖、钮扣、手柄、电熨斗及电饭锅零件及刹车片等。
2.酚醛树脂层压制品的性能与应用
（1）纸基层压板
对强酸的稳定性不高，不耐碱，但耐矿物油，绝缘耐热E级。可用于制造电器绝缘结构零件如接线板绝缘垫圈等
（2）布基层压板
机械强度和耐油性好于纸基层压板。多用于垫圈、轴瓦、轴承、皮带及无声齿轮等机械零件，以及电话、无线设备和要求不高的绝缘体等。
（3）玻璃布基层压板
比其他层压板具有耐热性、机械强度高、介电性能好、化学稳定性好等优点。其马丁耐热温度达200℃以上，属于B级绝缘耐热，是重要的电器工业绝缘材料，广泛用于电机、电器及无线电工程中。
（4）石棉层压板
具有耐热性和耐磨擦性突出，多用于刹车片及离合器等耐磨材料及要求高机械强度及耐热的机械零件。
(5)超级纤维层压板
用聚酰胺纤维、碳纤维、石墨等
为基材制成的层压制品具有优异的耐热性能，可作为耐烧蚀导弹外壳、宇宙飞船的耐热面层等。
(6)层压管
以卷绕的纸、棉布及玻璃布等为基材，以酚醛乳液为粘合剂，经热卷、烘焙而制成，主要用于电器绝缘结构零件
(7)敷铜层压板
在纸或玻璃纤维层压板的一面或两面敷上铜箔，以赋予其导电性，主要用于印刷电路板。
第七节 环氧树脂及塑料
环氧树脂：指大分子链上含有醚基而在两端含有环氧基团的一类聚合物，简称为EP。
按组成分：双酚A型、双酚F型、双酚S型及脂环型多种类型。
一、主要原料
1.环氧氯丙烷
结构式：CH2－CH－CH2Cl
O
2．双酚A
双酚A：二酚基丙烷的简称，结构式：
HO－ －C－ －OH
二、原理与工艺
1.聚合及固化原理
(1)环氧氯丙烷、双酚A在NaOH作用下的线型加成反应
原料配比对产物的相对分子质量有显著的影响
(2)线型加成产物的固化反应
用于环氧树脂的固化剂很多，有无机化合物如FB3、SnCl4、ZnCl4、AlCl3等；有机多元胺类如二乙烯三胺、三乙烯四胺、三乙胺、苯二甲胺等；有机多元酸及酸酐、苯酐、均苯四酐等；还有酚醛树脂、脲醛树脂和聚酯等。
2.环氧树脂的生产工艺
按相对分子质量的高低分为：低相对分子质量、中相对分子质量及高相对分子质量环氧树脂三种类型。
（1）环氧树脂生产工艺的控制条件
原料配比：低、中相对分子质量环氧树脂（2∶1），实际上环氧氯丙烷的量还要大些。对于高相对分子质量环氧树脂（接近1∶1）
反应温度与时间：反应温度高，聚合速度快。采用低温度生产工艺，对生成低相对分子质量的环氧树脂有利，反应均匀，且分子大小也均匀，但时间较长。
氢氧化钠的用量与投料方式：合成低相对分子质量环氧树脂时，NaOH要过量，一般配成30%的溶液，合成高相对分子质量环氧树脂时，配成10%的溶液。加入方式，一般分二次滴加为好。
加料顺序：先将双酚A溶解于环氧氯丙烷中，再滴加NaOH时，则生成最低相对分子质量的环氧树脂；
若先将双酚A溶解于碱液中，然后将该溶液加到环氧氯丙烷中树脂的相对分子质量较小；
若先将双酚A溶解于碱液中，然后加入环氧氯丙烷，生成的树脂相对分子质量较大。
（2）低相对分子质量环氧树脂的生产工艺
（3）中等相对分子质量环氧树脂生产方法
中等相对分子质量环氧树脂的平均相对分子质量为500～1500。生产时，先将双酚A溶解于碱液中，再滴加环氧氯丙烷，维持反应温度85～95℃，保持3～4h。反应产物的相对分子质量取决于环氧氯丙烷的滴加速度，加料快，相对分子质量低；加料慢
，相对分子质量高些。反应结束后，反应物静置澄清吸去上层碱液，再水洗数次常压和减压脱水后即得成品树脂。
（4）高相对分子质量环氧树脂生产方法
采用低相对分子质量环氧树脂与双酚A进一步反应的方法制取。
三、环氧塑料的结构、性能与用途
1.环氧塑料的结构
环氧树脂固化前属于线性结构，具有热塑性，中、低相对分子质量的环拉树脂多用于粘合剂和涂料，用于塑料必须加入固化剂交联固化后形成网状结构才可以。高相对分子质量的环氧树脂可以直接加工成塑料制品。
环氧塑料由环氧树脂、固化剂、稀释剂、增塑剂、增韧剂、增强剂及填料等组成。
(1)固化剂：起交联固化作用，常见的有乙二胺（用量6%～8%）、二乙烯三胺（用量8%～10%）、间苯二胺（用量14%～16%）等。
（2）稀释剂：改善环氧树脂的流动性，降低其粘度。主要有戊醇、DOP、DBP及苯乙烯等（用量15%）；苯乙烯氧化物、苯基缩水甘油醚及烯丙基缩水甘油醚等（用量5%～20%）。
（3）增塑剂：为DOP、DBP及磷酸酯类等，用量5%～20%。
（4）增韧剂：为带活性基团的热塑性树脂如PA、丁腈橡胶等。
（5）增强剂：多为纤维类，主要有玻璃纤维及织物。
（6）填料：为无机矿物粉类，如石英粉、云母粉、碳酸钙及钛白粉等，用量200%。
2.环氧塑料的性能
环氧塑料的性能取决于树脂的种类、交联程度、固化剂种类、填料的性能等。
力学性能 EP制成的玻璃钢制品的力学性能很好，比一般的工程塑料还要好。
热学性能 EP具有优良的耐热性能，并取决于树脂和固化剂的品种及用量。
电学性能 EP的电学性能优良，但受添加剂和环境湿度不同而变。
环境性能 可耐一般的酸和碱。
加工性能 环氧塑料可以通过压制、注塑、层压、浇铸等进行成型加工。
3.环氧塑料的用途
（1）环氧玻璃钢制品
用作大型壳体，如游船、汽车车身、座椅、快餐桌、发动机罩、后轮罩、仪表盘、化工防腐管、防腐槽、防腐罐、飞机降舵及氧气瓶等。
（2）注塑和压制制品
主要用于汽车发动机部件、头灯反射镜、制动用制品、开关壳体、线圈架、家电底座、电动机外壳等。
（3）浇铸制品
各种电子和电器元件的塑封，金属零配件的固定。
（4）泡沫塑料制品
主要用于中低温度绝热材料、轻质高强夹心材料、防震包装材料、漂浮材料及飞机上吸音材料等。
第八节 聚氨酯及塑料
聚氨酯：全称为聚氨基甲酸酯，简称PU或PUR。是由多异氰酸酯与聚醚型或聚酯型多羟基化合物在一定比例下反应的产物。一般分为热塑性和热固性两大类；或分为弹性体和泡沫塑
料两大类。
一、主要原料
1.异
氰酸酯
依据产品的用途不同选用不同的异氰酸酯，如甲苯二异氰酸酯可用于软质到硬质泡沫制品；二苯基甲烷二异氰酸酯，用于半硬和硬质泡沫制品；多亚甲基对苯基多异氰酸酯，可用于热固型的硬质泡沫、混炼及浇铸PU制品。
异氰酸酯具有毒性，能与人体的蛋白质反应，空气中的极限充许浓度为0.0002%，故此，生产时要特别注意。
2.多羟基化合物
（1）聚醚
常用的聚醚是以环氧乙烷、环氧丙烷或四氢呋喃等环氧化合物为单体。用丙二醇、丁二醇、甘油等多元醇或乙二胺、三乙胺等胺类化合物为起始剂，进行开环聚合而制得的产物。
（2）聚酯
以羟基为端基的聚酯是相对分子质量在1000～3000之间的过量多元醇与二元酸反应的液体产物。常用的二元酸有已二酸、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐等。常用的多元醇有乙二醇、一缩乙二醇、丁二醇、丙三醇、季戊四醇等。
（3）其他
催化剂——有胺类和锡类。胺类如三乙烯二胺、N-烷基吗啡啉等，有机锡类如二月桂酸二丁锡，一般两者复合加入。
发泡剂——用于发泡制品。具体有水、液态二氧化碳、氟氯烷烃、氢氟酸、戊烷及环戊烷等。
泡沫稳定剂——常用的是水溶性聚醚硅氧烷。
交联剂及扩链剂——常用的有甘油、三羟基甲基丙烷及季戊四醇等。
二、聚氨酯的生产工艺
1.聚氨酯泡沫塑料的生产工艺
聚氨酯泡沫塑料的生产方法按化学反应的过程可以分为一步法和二步法；按产品的形状和操作方法可以分为块状法、喷涂法和浇铸法。
2.硬质聚氨酯泡沫塑料的生产工艺
3.软质聚醚型聚氨酯泡沫的生产工艺
4.聚氨酯弹性体的生产
三、聚氨酯的结构、性能与用途
汽车工业——以聚酯型PU热塑性弹性体主，加入6%～8%的玻璃纤维或玻璃微球增强。具体有保险杠、挡泥板、方向盘、阻流板、行李箱盖、门把手、扶手、仪表盘及防滑链等。还可用作低速行驶的汽车（叉车、小平车等）轮胎。
建筑材料——主要用于运动场人造跑道、地下管密封件、防水材料、建筑混凝
土墙壁和天花板浮雕的模板等。
合成革——用于服装、家具、箱包及车辆座椅等。