合成树脂及塑料-辽宁石化职业技术学院

辽宁石化职业技术学院教案副页-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1《高聚物生产技术》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高温裂解粗丙烯精馏纯丙烯丁烯丁烯丁二烯丁二烯芳烃芳烃合成橡胶聚合反应塑料合成树脂成型加工各种产品纤维其它：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）后处理原油炼制辽宁石化职业技术学院教案副页-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2《高聚物生产技术》（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。辽宁石化职业技术学院教案副页-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3《高聚物生产技术》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。辽宁石化职业技术学院教案副页-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4《高聚物生产技术》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）工程塑料辽宁石化职业技术学院教案副页-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5《高聚物生产技术》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、塑料的应用辽宁石化职业技术学院教案副页-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------6《高聚物生产技术》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，容易发辽宁石化职业技术学院教案副页-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------7《高聚物生产技术》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-聚乙烯混辽宁石化职业技术学院教案副页-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------8《高聚物生产技术》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辽宁石化职业技术学院教案副页-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------9《高聚物生产技术》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。辽宁石化职业技术学院教案副页-------------------------------------------