精细化工工艺学大作业 Jason Tsui

《精细化工工艺学》期末大作业

请从下列题目中任选十题作答：

1、下述为火腿肠的配料表，请指出其中含有哪些食品添加剂，并简述它们的作用。

鸡肉、猪肉、水、甜玉米、淀粉、白砂糖、植物蛋白、葡萄糖、明胶、食用香精、山梨酸钾、D-异抗坏血酸钠、乳酸链球菌素、红曲红、亚硝酸钠、食用盐、鸡精、香辛料

答：⑴食品添加剂是指，为改善食品品质和香味以及防腐和加工工艺的需要而加入食品中的天然或者化学合成物质。

⑵食品添加剂：明胶、食用香精、山梨酸钾、D-异抗坏血酸钠、乳酸链球菌素、红曲红、亚硝酸钠。明胶是增稠剂，主要用于改善和增加食品的粘稠度，保持流态食品、胶冻食品的、香、味和稳定性，改善食品物理性状，并能使食品有润滑适口的感觉。食用香精是可影响食品口感和风味的特殊高倍浓缩添加剂，可弥补因食品经加工制造过程而会损失的风味。D-异抗坏血酸钠是抗氧化剂。山梨酸钾、乳酸链球菌素是防腐剂，以延迟微生物生长或化学变化引起的腐败。红曲红是着剂，增加对食品的嗜好及刺激食欲。亚硝酸钠是护剂（可

增强肉及肉类制品泽的非素物质，也叫发剂）、防腐剂。

2、下述为某种环氧树脂胶粘剂的配方，请对其各组分的作用进行分析，并写出制备双酚A型环氧树脂的反应式。

双酚A环氧树脂、低分子量聚酰胺、2,3,5-三（二甲氨基甲基）酚、玻璃纤维

答：①双酚A环氧树脂：是热塑性树脂，但具有热固性，能与多种固化剂、催化剂及添加剂形成多种性能优异的固化物，几乎能满足各种使用要求；②低分子量聚酰胺：为固化剂，使得该树脂体系能够固化成固体；③ 2,3,5-三（二甲氨基甲基）酚：催化剂，加速反应进行；④玻璃纤维：是增强材料，起到提高材料强度，承受载荷的作用；制备双酚A型环氧树脂的反应式：

3、“502胶”是一种快干胶，请问它是何种胶粘剂？为何具有“快干”性能？并分析此类胶粘剂的优缺点。

答：⑴ 502胶水是一种热塑性合成树脂胶粘剂。

⑵空气中微量水催化下发生加聚反应，迅速固化而将被粘五粘牢所以具有快干性能。

⑶优点有：①单组分，无溶剂，使用方便；

②固化后胶层无透明无、外观平整；

③快速固化，便于流水线生产；

④电气绝缘性好，与酚醛塑料相当；

⑤耐药品性、耐候性、耐寒性良好；

⑥适应面广，对多种材料具有良好的胶接强度。

信号转换器

缺点有：①抗冲击性能差，尤以胶接刚性材料时更为明显；

②耐热性差，未经改性的产品只能在70~80℃下使用；

③固化迅速，难用于大面积的胶接。若未加以增粘，难用于充填性胶接；

④贮存期较短，一般为半年左右；

⑤虽然对人体无毒，但对粘膜有一定的刺激性。

4、根据下述配方指出其是何种胶粘剂，并分析各组分的作用。

酚醛树脂、橡胶、氯化亚锡、没食子酸丙酯、乙酸乙酯、石棉粉

答：压敏胶粘剂。

酚醛树脂：是增粘剂，增加浇水初粘性，在胶水没固化前，已有了很好的粘合效果；

氯化亚锡：催化固化，加速酚醛树脂的交联密度达到固化的效果

-酚醛：为主要的胶黏剂成膜组分；；

没食子酸丙酯：防老剂，防止胶粘剂高温使用时热氧老化；

环氧树脂阻燃剂乙酸乙酯：溶剂，溶解树脂，降低粘度；

石棉粉：填料，降低线胀系数，提高耐热性

5、何为水性涂料？水性涂料可以分为“水可稀释性树脂”及“乳胶漆”两大类，请分别阐述这两类涂料的一般制备方法。

答：凡是用水作溶剂或者作分散介质的涂料，都可称为水性涂料水性涂料包括水溶性涂料、水稀释性涂料、水分散性涂料（乳胶涂料）3种。水溶性涂料是以水溶性树脂为成膜物，以聚乙烯醇及其各种改性物为代表，除此之外还有水溶醇酸树脂、水溶环氧树脂及无机高分子水性树脂等。

“乳胶漆”是以合成树脂乳液为基料加入颜料、填料及各种助剂配制而成的一类水性涂料。

“水可稀释性树脂” 首先选择一种有机溶剂为共溶剂，所谓共溶剂是既可溶解树脂，又可与水混溶的溶剂，如二醇醚和丁醇，常用的二醇醚有2-丙二醇单丙醚、乙二醇单丁醚。在共溶剂中通过聚合或反应得到一定羧基（或氨基）的高浓度聚合物，一般酸值在40—60，除了羧基以外，聚合物上还含有其它反应性基团用于成膜时的交联反应。向聚合物溶液中加

入胺（或羧酸）将聚合物中和成盐，然后用水稀释便可得到“水溶液”树脂。制备涂料的过程如下，取出部分聚合物有机溶液，用胺（或酸）中和，加入颜料，分散助剂，通过沙磨机进行研磨，达到研磨要求后进行调稀，即加入水以降低粘度，即得水可稀释性涂料。

6、增塑剂是一种重要的合成材料助剂，其按作用方式可分为内增塑剂与外增塑剂，请简要解释这两种增塑剂的作用原理。

答：①内增塑剂是利用改变高分子聚合物的分子结构/分子量以增加聚合物的拉伸率/柔软度，如：聚乙烯-醋酸乙烯共聚物。②外增塑剂是使用各种高沸点或不挥发有机溶剂作为添加剂，这些添加剂与高聚物均匀混合后起着分子之间润滑剂的作用，增加物料最终产品的柔软度/挠曲度，并同时延长物料的老化硬脆寿命。

7、下图为聚合物燃烧过程的示意图，请根据该图简要阐述聚合物的燃烧过程。

答：聚合物材料在空气中被外界热源加热，使聚合物降解产生挥发性可燃物。这些裂解气体根据其燃烧性能和产生的速度，在外界热源和氧的存在下，达到某一温度就会着火。燃烧放出一部分热量返回供给正在降解的聚合物，从而产生更多的挥发性可燃物，如果燃烧热能充分反供给聚合物，则及时除去初始热源，燃烧循环也能自己继续下去。在实际燃烧中，聚合物燃烧所放出的一部分热量通过传导、辐射和对流等途径又被正在降解的聚合物所吸收，于是挥发出更多的可燃性产物。它将大量燃烧反供给聚合物，同时，火焰周围气流的扰动更增加了可燃性挥发物与空气的混合速度，以致在很短时间迅速扩大成一场大火。

8、请简要论述卤系阻燃剂单独使用以及与Sb2O3共用时的阻燃机理。

答:①单独使用：卤系阻燃剂分解产生卤化氢(HX)，卤化氢消除高分子材料燃烧反应产生活性自由基。如HX与火焰中链反应活性物质HO·.作用，使上述游离基浓度降低，从而减缓或终止燃烧的链式反应，达到阻燃的目的。 RX → HX. HX + HO·→X·+ H2O RH + X·→ HX + R· (2)聚合物材料炭化。卤素阻燃剂在燃烧条件下分解出HX后的残留物可促进聚合物材料的脱水炭化，形成难燃的炭化层，减少了低分子量裂解产物的生成量，阻碍燃烧反应的正常进行。

②与Sb2O3共用时：但通过三氧化二锑的协同作用后，效果非常明显。Br-Sb协同系统对PA的阻燃效果非常好的原因是: 溴化物受热释放的HBr与Sb2O3反应生成SbOBr，而SbOBr受热又放出SbBr3，其中SbBr3是阻燃作用的主要承担者，其作用为： ①气相中游离基的捕获剂。 ②相对密度大，起到排除氧气的作用。 ③在火焰上空凝聚成液滴或固体微粒，产生壁效应散射大量热量。 ④由SbOBr分解而来，延长了澳游离基的释出时间，增加了吸热作用。

9、请简要论述聚合物的自动氧化反应循环，并说明抗氧剂的作用原理。

⑴高分子聚合物在老化过程中结构发生变化。这些变化有分子链的断裂，交联，聚合物链的化学结构变化，侧链的变化等。众所周知，高压聚乙烯在空气中即使在温室下也会有相当严重的老化。但如果使之隔绝空气，要一直升温到290℃以上才会出现分解。这一事实说明聚合物的热老化实质上是一种在能量作用下的热氧老化。高分子化合物的氧化有三种形式：分子型氧化；链式氧化；聚合物热分解产物氧化。氧化的产物又是聚合物进一步分解的催化剂。在上述三种形式中以链式氧化最重要。大量的研究工作已经证明，聚合物的氧化和低分子烃类的氧化有大体相同的规律，次规律是按照一种“S”型吸氧动力学曲线进行的

自动氧化反应。在氧的作用下聚合物长分子链分裂成较短部分的反应过程。暴露于空气中的聚合物制品吸收氧则发生氧化，形成氢过氧化物，进一步分解产生活性中心，形成自由基，继而发生自由基链式反应(即自动氧化过程)。氧化降解依聚合物分子结构的不同而有差异。氧的存在还能加剧光、热、辐射和机械力对聚合物的破坏作用，使其发生更为复杂的降解反应。

⑵抗氧剂的作用原理：按反应机理来分类，抗氧剂可以分为链终止型抗氧剂和预防型抗氧剂两类。前者为主抗氧剂，后者为辅助抗氧剂。有机化合物的热氧化过程是一系列的自由基链式反应，在热、光或氧的作用下，有机分子的化学键发生断裂，生成活泼的自由基和氢过氧化物。氢过氧化物发生分解反应，也生成烃氧自由基和羟基自由基。这些自由基可以引发一系列的自由基链式反应，导致有机化合物的结构和性质发生根本变化。抗氧剂的作用是消除刚刚产生的自由基，或者促使氢过氧化物的分解，阻止链式反应的进行。

10、什么是液晶？Kevlar纤维是一种广泛使用的高分子液晶材料，请写出它的合成反应式，并分析其结构和性能的特点。

答：⑴液晶是一种高分子材料，因为其特殊的物理、化学、光学特性，20世纪中叶开始被

广泛应用在轻薄型的显示技术上。人们熟悉的物质状态（又称相）为气、液、固，较为生疏的是电浆和液晶。液晶相要具有特殊形状分子组合始会产生，它们可以流动，又拥有结晶的光学性质。液晶的定义，现在已放宽而囊括了在某一温度范围可以是现液晶相，在较低温度为正常结晶之物质。而液晶的组成物质是一种有机化合物，也就是以碳为中心所构成的化合物。同时具有两种物质的液晶，是以分子间力量组合的，它们的特殊光学性质，又对电磁场敏感，极有实用价值。