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1、新材料行业改性工程塑料培 训 教 程（1）,塑料-合成高分子材料之一,一、塑料（Plastics）的起源与发展,高分子材料：macromolecular material,高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。,定义：以高分子化合物为基础的材料。,高分子是生命存在的形式，所有的生命体都可以看作是高分子的集合体。,合成高分子材料的发展历史,1869年 赛璐珞 海阿特(美国J.W.Hyatt)1909年 酚醛树脂 贝克兰(美国Leo Baekeland)20世纪40年代 氯乙烯、聚苯乙烯 有机玻璃等20世纪50年代 低压聚乙烯（19
2、52年工业化）齐格勒(德国Karl Ziegler)聚丙烯（1957年工业化）纳塔(意大利(Giulio Natta)20世纪60年代 耐高温高分子Nomex（诺梅克斯：间位芳纶或芳纶 1313、对位芳纶或芳纶1414）新型复合材料Kevlar（凯夫拉：芳纶复合材料）,“赛璐珞”的发明塑料时代的开始,1868年1869年，美国有一位叫约翰海阿特的印刷工人，一次偶然的误操作，他发现做火药的原料硝化纤维在酒精中溶解后加进樟脑时，硝化纤维竟变成了一种柔韧性相当好的又硬又不脆的材料，可以做台球。他将它命名为“赛璐珞”。,（樟脑：2-莰酮,分子式为C10H16O。1，7，7-三甲基二环2，2，1庚烷-2
3、-酮。）,Hyatt,生产赛璐珞台球代替象牙,“赛璐珞”的特点：它是一种坚韧材料，具有很大的抗张强度，耐水，耐油、耐酸。,赛璐珞的用途：从儿童玩具到衬衫领子中都有赛璐珞。照相底片（附着胶状银化合物）的片基，这就是第一张实用照相底片，它有一个很大的缺点，就是极易着火引起火灾。,塑料时代的开始,“赛璐珞”的发明起因：在19世纪，台球都是用象牙做的，数量自然非常有限。于是有人悬赏1万美元征求制造台球的替代材料。1869年，美国的海阿特(J.W.Hyatt，1837-1920)把硝化纤维、樟脑和乙醇的混合物在高压下共热，然后在常压下硬化成型制出了廉价台球，赢得了这笔奖金。“赛璐珞”是人类历史上第一种合
4、成塑料。,赛璐珞是塑料的老祖宗，是英文“celluloid”的译音，即硝化纤维塑料，是塑料的一种，由胶棉（低氮含量的硝化纤维）和增塑剂（主要是樟脑）、润滑剂、染料等加工制成。透明，可以染成各种颜色，容易燃烧。用来制造玩具、文具等。旧称假象牙。,酚醛树脂完全人工合成的塑料,赛璐珞是由天然的纤维素加工而成的，并不是完全人工合成的塑料。,人类历史上第一种完全人工合成的塑料是在1909年由美国人贝克兰(Leo Baekeland)用苯酚和甲醛造的酚醛树脂，又称贝克兰塑料。,酚醛树脂是酚类物质和醛类物质通过缩合反应制备的，属于热固性塑料。其制备过程共分两步：,第一步：先聚合成线型聚合度较低的化合物；,第
5、二步：用高温处理，转变为体型聚合度很高的高分子化合物。,塑料时代的开始,Baekland,第一种完全合成的塑料出自美籍比利时人列奥亨德里克贝克兰。,1863年：生于比利时根特,贝克兰是鞋匠 和女仆的儿子；1884年：(21岁)获得根特大学博士学位；1887年：(24岁)时成为比利时布鲁日高等 师范学院的物理和化学教授；1889年：娶了大学导师的女儿为妻，同 年获得一笔旅行奖学金，到美国 从事化学研究；1907年7月14日：贝克兰注册了酚醛塑料 的专利。,贝克兰新材料世界的开创者和幸运儿 酚醛塑料是世界第一种完全合成的塑料。贝克兰将它用自己的名字命名为“贝克莱特”（Bakelite）。他很幸运，
6、英国同行詹姆斯斯温伯恩爵士只比他晚一天提交专利申请，否则英文里酚醛塑料可能要叫“斯温伯莱特”。,1909年2月8日，贝克兰在美国化学协会纽约分会的一次会议上公开了这种塑料。事实上赛璐珞这种塑料比酚醛塑料发明的更早，只不过它是来自化学处理过的棉花以及其他含纤维素的植物材料经过加工而制得。,酚醛塑料的特点：绝缘、稳定、耐磨、耐腐蚀、不可燃，刚性好，变形小，耐热，能在150 200C的温度范围内长期使用。在水润滑条件下，有极低的摩擦系数，其电绝缘性能优良。称为“千用材料”。,应用范围：汽车、无线电和电力工业中。产品：插头、插座、收音机、电话外壳、螺旋桨、阀门、齿轮、管道、台球、把手、按钮、刀柄、桌面
7、、烟斗、保温瓶、电热水瓶、钢笔和人造珠宝上。,酚醛塑料的缺点：,这是20世纪的炼金术，从煤焦油那样的廉价产物中，得到用途如此广泛的材料。1940年5月20日的时代周刊则将贝克兰称为“塑料之父”。,酚醛塑料第一个工业化的高分子材料,它受热会变暗，只有深褐、黑或暗绿3种颜色，缺点是冲击强度差，质脆容易摔碎。,早在1872年，德国化学家阿道夫冯拜尔就发现：苯酚和甲醛反应后，玻璃管底部有些顽固的残留物。不过拜尔的眼光在合成染料上，而不是绝缘材料上，对他来说，这种黏糊糊的不溶解物质是条死胡同。对贝克兰等人来说，这种东西却是光明的路标。从1904年开始，贝克兰开始研究这种反应。最初得到的是一种液体苯酚甲醛
8、虫胶，称为Novolak(酚醛树脂)，但市场并不成功。3年后，他得到一种糊状的黏性物，模压后成为半透明的硬塑料酚醛塑料。,1910年：贝克兰创办了通用酚醛塑料公司，在新泽西的工 厂开始生产。1926年：专利保护到期，大批同类产品涌入市场。经过谈 判，贝克兰与对手合并，拥有了一个真正的酚醛 塑料帝国。1939年：贝克兰退休时，儿子乔治华盛顿贝克兰无意从 商，公司以1650万美元（相当于今天2亿美元）出 售给联合碳化物公司1945年：贝克兰死后一年，美国的塑料年产量就超过40万 吨，1979年又超过了工业时代的代表钢。在今年伦敦科学博物馆的展览上，贝克兰的曾孙休卡拉克一手执一个30年代的尿素甲醛塑
9、料电话，一手展示着一个用生物可降解塑料制成的手机。,“塑料之父”贝克兰的职业生涯,石油产品开创了塑料的新时代,进入50年代，从石油裂解而得的a烯烃成为合成高分子的主要原料，主要包括乙烯与丙烯。,20世纪40年代，乙烯类单体的自由基引发聚合反应迅速发展，实现工业化的包括氯乙烯、聚苯乙烯和有机玻璃等，这是合成高分子蓬勃发展的时期。,低压聚乙烯、聚丙烯的合成,德国人齐格勒(Karl Ziegler)与意大利人纳塔(Giulio Natta)分别发明用三乙基铝和三氧化钛组成的金属络合催化剂合成低压聚乙烯与聚丙烯的方法。低压聚乙烯于1952年实现工业化；低压聚丙烯于1957年实现工业化。这是高分子化学的
10、历史性发展，因为以石油为原料能建设 年产10万吨的大工厂。为褒奖他们在烯烃合成高分子领域的杰出贡献，二人共同获得1963年的诺贝尔化学奖。,齐格勒是德国有机化学：1920年：获马尔堡大学化学 博士学位。1927年：在海德堡大学任教授。1936年：任哈雷一萨勤大学化学 学院院长。1953年：研究有机金属化合物与 乙烯的反应时发现，在 常压下用催化剂得到了 结晶聚乙烯塑料。,齐格勒,纳塔,G纳塔是意大利高分子化学家：1954年：纳塔用催化剂合成了结 晶聚丙烯。,新型合成耐高温材料,60年代，由于要飞往月球而出现耐高温高分子的研究热。耐高温的定义：材料能够在氮气中500 环境中能使用一个月；在空气中
11、300 环境下能使用一个月。,芳纶1313（聚间苯二甲酸间苯二胺纤维）、芳纶1414（聚对苯二甲酸对苯二胺纤维）,耐高温高分子主要分为两大类：1、芳香聚酰胺：例如苯二胺与间苯二酰缩聚得到的Nomex，这在当时曾被作为太空服的原料。对苯二胺与对苯二酰氯缩聚得到的Kevlar，它属于耐高温的高分子液晶，现在用于超音速飞机的复合材料中。2、杂环高分子：例如聚芳亚酰胺和作为高温粘合剂的聚苯并咪唑，为现在宇航飞行所需的材料打下了基础。,塑料的种类很多。除了酚醛树脂和聚乙烯外，还有聚氯乙烯、聚苯乙烯等。我们常见的有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯），其实也是塑料的一种。它的透明度比普通玻璃还高，有韧性，不易破碎，
12、枪弹打上去也只能穿一个洞。它是制作飞机舷窗的绝好材料。,我国塑料制品2000年到2010年的产量,年份 塑料产量（万吨）2010 5830.382009 4479.28 2008 3680.23 2007 3184.54 2006 2602.6 2005 2308.86 2004 2366.5 2003 1652.08 2002 1455.7 2001 1288.7 2000 1087.5,塑料的优点-1,1)易于加工、易于制造(易于成型)即使制品的几何形状相当复杂，只要能从模具中脱模，都比较容易制作。因而其效率远胜于金属加工，特别是注塑成型制品经过一道工序，即可制造出很复杂的成品。,塑料的优
13、点-2,2)可根据需要随意着色，富有装饰性，或制成透明制品：利用塑料可制作五光十色、透明美丽的制品，而且色泽美观、耐久，还可用先进的印刷、压花、电镀及烫金技术制成具有各种图案、花型和表面立体感、金属感的制品，可提高其商品价值,并给人一种明快的感觉.塑料可以制成透明的制品，,塑料的优点-3、4,3)不生锈、不易腐蚀 塑料一般耐各种化学药品的腐蚀，不会象金属那样易生锈或受到腐蚀。使用时不必担心酸、碱、盐、油类、药品、潮湿及霉菌等的侵蚀。,4)不易传热、保温性能好 由于塑料比热大，热导率小，不易传热，故其保温及隔热效果良好。,导热系数小：约为金属的1/500-1/600。泡沫塑料的导热系数约为金属的
14、1/1500，水泥混凝土的1/40，普通粘土砖的1/20，是理想的绝热材料。,塑料的优点-5,聚4-甲基戊烯最轻：,5)可制做轻质高强度的产品,与金属、陶瓷制品相比,质量轻、机械性能好，比强度(强度与密度的比值)高，故可制做轻质高强度制品。特别是填充玻璃纤维后，更可提高其强度。-(增强)另外，由于塑料质量轻，可节约能源，故其制品亦日趋轻量化。-(以塑代钢),塑料的优点-6,6)既能制作绝缘产品，又能制做导电部件：塑料本身是很好的绝缘物质，目前可以说没有哪一种电气制品不使用塑料的。但如果在塑料中填充金属粉末或碎屑加以成型，也可制成导电良好的产品。,塑料的优点-6,导电塑料是将树脂和导电物质混合，
15、用塑料的加工方式进行加工的功能型高分子材料。主要应用于电子、集成电路包装、电磁波屏蔽等领域。,日本筑波大学名誉教授白川英树和美国科学家爱伦黑格博士及马克达依阿密特博士3人，为表彰他们在研制导电塑料方面做出的突出贡献。而获得诺贝尔化学奖。,导电高分子的基本概念 物质按电学性能分类可分为绝缘体、半导体、导体和超导体四类。高分子材料通常属于绝缘体的范畴。1977年，美国科学家：黑格（A.J.Heeger）、麦克迪尔米德（A.G.MacDiarmid）日本科学家：白川英树（H.Shirakawa）发现掺杂聚乙炔具有金属导电特性，有机高分子不能作为导电材料的概念被彻底改变。并因此项发明获得诺贝尔化学奖,
16、塑料的优点-7、8,7)减震、消音性能优良：塑料具有优良的减震、消音性能。,8）透光及防护性好：玻璃透光率为80%，有机玻璃为92%。玻璃厚度达到20cm时即不透明，PMMA在厚达1m时仍清澈透明，其它如PC、PET、PS等透光率均达到80%以上。透明塑料(如:PMMA、PS、PC等)可制作透明的塑料制品(如：镜片、标牌、罩板等)。,塑料的优点-9、10,9)产品制造成本低：塑料原料本身虽然不那么便宜，但如(1)项所述，由于塑料易于加工，设备费用比较低廉，所以能降低产品成本。,10）可回收利用：回收的废旧塑料可以用于制备燃料油和 燃料气，这样可以降低原油消耗。,塑料的缺点-1,1）耐热性差：这
17、是塑料最大的缺点,与金属和玻璃制品相比,其耐热性远为低劣,温度稍高，就会变形，一般塑料使用温度都不高，即使是热固性树脂，超过200摄氏度也会冒烟，并产生剥落。如：聚氯乙烯（PVC）80；聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）120；聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）130；聚四氟乙烯（PTFE）250；,2）易燃烧：燃烧时能产生大量的热、烟和有毒气体。例如：聚苯乙烯燃烧时产生甲苯，这种物质少量会导 致失明，吸入有呕吐等症状；PVC燃烧也会产生氯化氢有毒气体，除了燃烧，就是高温环境，会导致塑料分解出有毒成分，例如苯环等。,3）耐久性差，易老化：无论是强度、表面光泽或透明度,都不耐久，受负荷有蠕变现象。另外，
18、所有的塑料均怕紫外线及太阳光照射，在光、氧、热、水及大气环境作用下会老化.,塑料的缺点-2,4）耐候性差：随着温度的变化，性质也会大大改变。高温、低温都会使各种性质发生改变。,6)易于受特殊溶剂及药品的腐蚀：一般来说，塑料比较不容易受化学药品的腐蚀，但有些塑料(如:PC、ABS、PS等)这方面的性质特别差；在一般情况下热固性树脂耐腐蚀性相当强。,7)易受损伤、也容易沾染灰尘及污物：塑料的表面硬度都比较低，容易受损伤；另外，由于是绝缘体，故带有静电，因此容易沾染灰尘。,5）机械强度较低，易变形：与同样体积的金属相比，机械强度低得多，塑料膨胀系数大，温度变形大，另长期负重会发生蠕变，如塑料绳晾衣服
19、时间长会伸长。,塑料的缺点-3,10）资源有限：塑料是以石油产品为原料制成的，石油资源是有限的。,8)尺寸稳定性差：与金属相比，塑料收缩率很高，故难于保证尺寸精度。在使用期间受潮、吸湿或温度发生变化时，尺寸易随时间发生变化。,9）不易分解，污染环境：废弃塑料带来的“白色污染”,今天已成为不可忽视的社会公害。,11）回收利用成本高：废旧塑料回收时，分类十分困难，而且经济上不合算。（可回收塑料的价值是生产新塑料价格的3倍，由于成本高昂，所以现时塑料的回收及再利用比其他材料较难普及）。,白色污染,白色污染,1、什么是白色污染？所谓“白色污染”，是人们对塑料垃圾污染环境的一种形象称谓。它是指用聚苯乙烯
20、、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的各类生活塑料制品使用后被弃置成为固体废物，由于随意乱丢乱扔，难于降解处理，以致造成城市环境严重污染的现象。,2、白色污染的危害 白色污染存在两种危害：视觉污染和潜在危害。1）视觉污染：塑料袋、盒、杯、碗等散落在环境中，给人们的视觉带来不良刺激，影响环境的美感。,市场上用回收塑料袋包装蔬菜、水果很普遍，虽然方便了购买者，但造成了二次污染。由于其质量轻薄，废弃后飘飞，形成树挂，有的散落在旅游区、水面上、铁道旁，影响城市容貌的整体美感，超薄塑料袋生产条件简陋，以手工作坊制作居多，不但加工过程卫生条件难以保障，甚至有些选用再生料制作，上面沾染了许多细菌。,潜在危害
21、-1,2）潜在危害：,塑料饭盒和塑料袋盛装食物严重影响我们的身体健康。会对人的肝脏、肾脏及中枢神经系统等造成损害。,使土壤环境恶化，严重影响农作物的生长。塑料制品的降解时间，通常至少需要200年。农田里的废 农膜、塑料袋长期残留在田中，其后果为：A.影响土壤的透气性，阻碍水分和营养物质的传输，影响农 作物的生长发育，造成农作物的减产；B.长此下去，必将影响深层土壤，使土壤环境恶化，进而威 胁人类安全。C.缠绕农机，影响作业；D.若牲畜吃了塑料膜，会引起牲畜的消化道疾病，甚至死亡。,潜在危害-2,填埋作业仍是我国处理城市垃圾的一个主要方法。由于塑料膜密度小、体积大，它能很快填满场地，降低填埋场地
22、处理垃圾的能力；而且，填埋后的场地由于地基松软，垃圾中的细菌、病毒等有害物质很容易渗入地下，污染地下水，危及周围环境。,若把废塑料直接进行焚烧处理，不但产生大量黑烟，而且会产生二噁英迄今为止毒性最大芳香族有机化合物，将给环境造成严重的二次污染。,二噁英,1,4-二氧杂环己二烯,二苯并二噁英,焚烧垃圾排放出的二噁英对环境的污染，已经成为全世界关注的一个极敏感的问题。由于塑料对环境的危害日益严重，最近被世界权威机关评为20世纪最糟糕的发明。,二噁英进入土壤中，至少需15个月才能逐渐分解，它会危害植物及农作物；,二噁英容易在生物体内积累,对动物的肝脏及脑有严重的损害作用。即使在很微量的情况下，也可引
23、起皮肤痤疮、头痛、失聪、忧郁、失眠等症状，长期摄取便可引起癌、畸形等顽疾；,接触二噁英可以引起严重的生殖和发育问题，特别是其具有环境雌激素效应，可能造成男性雌性化。,二噁英的毒性相当于氰化钾的一千倍以上，称之为“地球上毒性最强的毒物”。,塑料的发展前景,塑料技术的发展日新月异，针对全新应用的新材料开发，针对已有材料市场的性能完善，以及针对特殊应用的性能提高可谓新材料开发与应用创新的几个重要方向。,1 新型高热传导率生物塑料 日本电气公司新开发出以植物为原料的生物塑料，其热传导率与不锈钢不相上下。混入10%的碳纤维，生物塑料的热传导率与不锈钢不相上下；加入30%的碳纤维时，生物塑料的热传导率为不
24、锈钢的2倍，密度只有不锈钢的1/5。2 可变色塑料薄膜 英国南安普照敦大学和德国达姆施塔特塑料研究所共同开发出一种可变色塑料薄膜。这种薄膜把天然光学效果和人造光学效果结合在一起，实际上是让物体精确改变颜色的一种新途径,塑料的发展前景,3、塑料血液 英国谢菲尔德大学的研究人员开发出一种人造“塑料血”，外形就像浓稠的糨糊，只要将其溶于水后就可以给病人输血，可作为急救过程中的血液替代品。4、新型防弹塑料 墨西哥的一个科研小组最近研制出一种新型防弹塑料，它可用来制作防弹玻璃和防弹服，质量只有传统材料的1/5至1/7。5、可降低汽车噪音的塑料 美国聚合物集团公司(PGI)采用可再生的聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯制造成一种新型基础材料，应用于可模塑汽车零部件，可降低噪音，减少幅度为25%30%。,谢 谢！,Thank you,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,
