聚合物合成工藝學(xué)課件

薛俊介紹采用熔融縮聚制備尼龍-66的合成工藝步驟，關(guān)鍵工藝影響因素分析，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)與性能，主要用途一工藝流程圖目前工業(yè)上尼龍-66的生產(chǎn)，皆采用尼龍-66鹽在水溶液中進行縮聚的工藝路線。原因有二：1.對于由兩種雙官能度構(gòu)成的線形縮聚體系，如己二酸與己二胺構(gòu)成的線形縮聚體系，若要獲得高分子量的聚合物，參加反應(yīng)的官能團須是等當(dāng)量的。采用尼龍-66鹽的方法可將由己二酸和己二胺的混縮聚轉(zhuǎn)變?yōu)榫s聚，而保證反應(yīng)官能團之間的等當(dāng)量比。2.工業(yè)生產(chǎn)中，尼龍-66鹽先在加壓的水溶液中反應(yīng)，可以有效防止己二胺的揮發(fā)逸失，穩(wěn)定了己二酸與己二胺的物料配比。當(dāng)準備開始時，此時的原料的濃度約為50％，不利于縮聚反應(yīng)發(fā)生，先將原料“66”鹽水溶液通過泵輸送到蒸發(fā)器中當(dāng)?shù)竭_蒸發(fā)器中，原料升溫濃縮，隨著水分不斷蒸發(fā)，尼龍-66鹽溶液濃度也不斷增大。一直到濃縮至濃度65％時，此時出料溫度約為108℃。

濃度65％出料的原因：縮至濃度65％時出料是考慮到減少己二胺的揮發(fā)逸失，同時避免尼龍-66鹽在濃縮階段過多縮聚，物料粘度增大，使傳熱和傳質(zhì)困難。濃縮至65％的“66”鹽水溶液，用柱塞泵打入管式預(yù)熱器，在管式預(yù)熱器中預(yù)熱至215℃~216℃，保持1.5h~2h，同時借助水蒸氣壓力作用升壓至1.8MPa左右即可。管式預(yù)熱器結(jié)束后，然后進入臥式U型反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)物料停留時間2.5hr，最高溫度達到250℃時，即縮聚工段結(jié)束，此時反應(yīng)程度達大約85％，可以離開反應(yīng)器。

為什么在現(xiàn)在結(jié)束？因為為了避免己二胺的蒸發(fā)逸失，縮聚工段是在加壓的條件下進行的，因此體系中水含量因為縮聚生成水而增加。盡管升高溫度有利于提高縮聚速率，但是由于水含量的原因不能使得反應(yīng)程度達到更高，因此縮聚工段結(jié)束時反應(yīng)程度控制在85％左右為適宜。離開反應(yīng)器后，讓物料經(jīng)柱塞泵，此時來自臥式U型反應(yīng)器的物料，粘度很大，并且含有大量的水分。在將其打至閃蒸器，到達閃蒸器后，在閃蒸器中壓力從1.8MPa迅速降至常壓，因此水分大部分蒸發(fā)。當(dāng)溫度達到275℃時可以從閃蒸器出料，同時加入分子量穩(wěn)定劑、消光劑TiO2及其它添加劑使其混合均勻?qū)⒒旌暇鶆虻姆磻?yīng)物送進后縮聚釜中，在后縮聚釜中因為物料粘度很大，所以后縮聚釜內(nèi)置螺旋推進器和外置抽真空裝置，以58r/hr轉(zhuǎn)速攪拌，并且使后縮聚在270℃~280℃和40kPa的條件下進行。讓物料在后縮聚釜中停留時間為40min左右，此時后縮聚結(jié)束。最后呈熔融狀態(tài)的物料經(jīng)齒輪泵、加壓強制打出，送至鑄帶或熔融紡絲工段。到此整個尼龍-66的合成工藝結(jié)束二、結(jié)構(gòu)、性能、用途Carothers于1931年申請了聚酰胺專利。杜邦公司從Carothers的基礎(chǔ)研究中，開發(fā)第一個聚酰胺品種、尼龍-66。1939年工業(yè)化，用作纖維。這種纖維在當(dāng)時被譽為“比蜘蛛絲還細，比鋼鐵還強”。尼龍-66大分子鏈由亞甲基和酰胺鍵構(gòu)成。酰胺鍵的內(nèi)聚能約為690kJ/mol；而亞甲基的內(nèi)聚能僅有4.14kJ/mol。大分子鏈之間較易形成氫鍵，再者亞甲基具有較好的柔順性，使得大分子鏈易于排列規(guī)整，因此聚酰胺是一種結(jié)晶性聚合物。尼龍-66作為塑料或纖維時，數(shù)均分子量一般在10000以上。作為常規(guī)使用的尼龍-66的數(shù)均分子量一般為15000~30000。尼龍-66結(jié)晶部分的密度為1.24，而非晶部分的密度為1.09。尼龍-66的熔點為246℃~267℃。尼龍-66的熱分解溫度大于350℃。能夠長期在80℃~120℃的條件下使用。尼龍-66的玻璃化溫度與結(jié)晶度、分子量、水分含量及測定方法有關(guān)，一般在－65℃~80℃。尼龍-66具有一定程度的吸水性。尼龍-66的吸水性是非晶