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熔融聚合

鎖定
熔融聚合(melt polymerization)又稱熔融縮聚(英文名稱melt condensation polymerization)。一種單體的聚合方式,常用的聚合方法。是指在聚合反應過程中原料單體和生成的聚合物均處於熔融狀態下。其特點是,熔融聚合是放熱反應,聚合產物的分子量和產量逐步增長,到達聚合反應終點的時間需要很長,為避免物料經受長時間高温氧化,整個聚合反應過程都需要在減壓和氮氣保護下進行。為加快縮聚反應速度,需要逐步提高真空度,將小分子副產物脱除淨,使反應平衡向聚合產物方向進行。當聚合反應結束,需要將產物在熔融狀態下從聚合反應器底部流出,經造粒或稀釋成產品。如聚酯、聚酰胺、不飽和聚酯等生產都是採用熔融聚合的方法。 [1-2] 
中文名
熔融聚合
外文名
melt polymerization
別    名
熔融縮聚
定    義
在聚合反應過程中原料單體和生成的聚合物均處於熔融狀態下

目錄

熔融聚合優點

熔融聚合不用溶劑,因此反應物濃度高,引入雜質機會少,產品質量能保證;反應設備溶積效率高,生產能力大。聚合反應是在單體和聚合物的熔融温度以上進行,聚合反應完成後的產品仍處於熔融狀態。因此聚合物熔體可以直接紡絲、成膜或鑄帶切粒,減少了能耗、縮短了加工工藝過程,提高了生產效率。

熔融聚合難點

在合成高分子量的線型聚合物時,由於聚合反應是聚合物單體官能團之間的縮合,因此對縮聚反應官能團間的配比和反應程度要求嚴格,對單體的純度要求特別高,要保證官能團之間的配比為等當量比。如果其中一種官能團過量百分之一摩爾,產物的聚合度就不能達到100以上。此外,反應程度(官能團轉化的百分數)也必須高,否則聚合度也不會高。聚合系統需要複雜的逐級升高的真空系統;温度控制要求嚴格,流體粘度大流動困難。在較高的反應温度下長時間加熱需要防止發生氧化、脱氨、脱羧等副反應,導致官能團的損失;而且還會產生聚合物的裂解或交聯,生成難熔和不溶的產物。

熔融聚合工業應用

熔融聚合技術已成功應用於工業實踐,例如對苯二甲酸乙二醇酯的熔融聚合(PET聚酯),對苯二甲酸丁二醇酯的熔融聚合(PBT聚酯),己內酰胺的熔融聚合(尼龍6,錦綸)等都投入工業生,單套熔融聚合裝置的能力達到數萬噸/年以上。由於採用的熔融聚合反應器專利技術有別,開發出諸如lurgi Zimmer 圓盤式反應器;Hitachi串聯四台反應器:ESPREE塔式反應器等技術。
熔融聚合(melt polycondensation)
單體和聚合物均處於熔融狀態下的聚合過程。由於不加其他介質,故可歸屬本體聚合範疇,但熔融聚合一般用於縮聚物生產,如聚酯、酯交換法聚碳酸酯、以及聚酰胺的後階段聚合等。熔融聚合適宜於在室温下是固體、熔融後才發生聚合反應的單體。熔融聚合的特點之一,是縮聚反應的聚合熱一般較低,傳熱問題不突出,活化能中等或較高,在較高温度下反應可加快速度;縮聚物熔點較高,反應中又有低分子副產物生成,在熔融狀態下聚合有利於低分子物排出,提高縮聚物的分子量等。但熔融聚合的温度一般稍高於聚合物的熔點,故應採用逐步升温的辦法,以防單體在聚合過程中揮發或分解。熔融聚合的另一特點是,聚合初期,聚合物分子量較低,體系粘度不高,攪拌、混合、傳熱、傳質(低分子副產物排出)等並不困難;聚合後期,熔體粘度可高達幾百帕·秒,傳遞非常困難。為解決這一問題,工業上對不同的單體採用不同的操作方法。例如,聚酯化反應為逐步可逆平衡反應,故滌綸生產系在真空度要求不同的兩台釜中熔融聚合,聚合前期在270℃、2~3kPa下進行,最後在280~285℃、13~130Pa的高真空度下操作,以提高分子量。聚酰胺化反應,平衡常數較大,故尼龍66生產的前期為水溶液加壓聚合,以防止單體揮發和分解;後期在管式反應器中熔融聚合,在約3kPa的壓力下縮聚。
參考資料
  • 1.    化工百科全書卷.化工百科全書卷8、9 :化學工業出版社 ,1995
  • 2.    化學化工大辭典下. 化學化工大辭典下:化學工業出版社,2003