改性工程塑料行業(yè)培訓(xùn)教程-1：塑料的起源與發(fā)展演示文稿1

新材料行業(yè)改性工程塑料培訓(xùn)教程（1）,蕪湖紐麥特新材料有限公司W(wǎng)UHUNIOUMAITENewMaterialTechnologyCentre,紐麥特公司員工培訓(xùn)教材,塑料-合成高分子材料之一,一、塑料（Plastics）的起源與發(fā)展,高分子材料：macromolecularmaterial,高分子材料是由相對分子質(zhì)量較高的化合物構(gòu)成的材料，包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和高分子基復(fù)合材料。,定義：以高分子化合物為基礎(chǔ)的材料。,高分子是生命存在的形式，所有的生命體都可以看作是高分子的集合體。,合成高分子材料的發(fā)展歷史,1869年賽璐珞海阿特(美國J.W.Hyatt)1909年酚醛樹脂貝克蘭(美國LeoBaekeland)20世紀(jì)40年代氯乙烯、聚苯乙烯有機(jī)玻璃等20世紀(jì)50年代低壓聚乙烯（1952年工業(yè)化）齊格勒(德國KarlZiegler)聚丙烯（1957年工業(yè)化）納塔(意大利(GiulioNatta)20世紀(jì)60年代耐高溫高分子Nomex（諾梅克斯：間位芳綸或芳綸1313、對位芳綸或芳綸1414）新型復(fù)合材料Kevlar（凱夫拉：芳綸復(fù)合材料）,“賽璐珞”的發(fā)明塑料時代的開始,1868年1869年，美國有一位叫約翰海阿特的印刷工人，一次偶然的誤操作，他發(fā)現(xiàn)做火藥的原料硝化纖維在酒精中溶解后加進(jìn)樟腦時，硝化纖維竟變成了一種柔韌性相當(dāng)好的又硬又不脆的材料，可以做臺球。他將它命名為“賽璐珞”。,（樟腦：2-莰酮,分子式為C10H16O。1，7，7-三甲基二環(huán)2，2，1庚烷-2-酮。）,Hyatt,生產(chǎn)賽璐珞臺球代替象牙,“賽璐珞”的特點：它是一種堅韌材料，具有很大的抗張強(qiáng)度，耐水，耐油、耐酸。,賽璐珞的用途：從兒童玩具到襯衫領(lǐng)子中都有賽璐珞。照相底片（附著膠狀銀化合物）的片基，這就是第一張實用照相底片，它有一個很大的缺點，就是極易著火引起火災(zāi)。,塑料時代的開始,“賽璐珞”的發(fā)明起因：在19世紀(jì)，臺球都是用象牙做的，數(shù)量自然非常有限。于是有人懸賞1萬美元征求制造臺球的替代材料。1869年，美國的海阿特(J.W.Hyatt，1837-1920)把硝化纖維、樟腦和乙醇的混合物在高壓下共熱，然后在常壓下硬化成型制出了廉價臺球，贏得了這筆獎金。“賽璐珞”是人類歷史上第一種合成塑料。,賽璐珞是塑料的老祖宗，是英文“celluloid”的譯音，即硝化纖維塑料，是塑料的一種，由膠棉（低氮含量的硝化纖維）和增塑劑（主要是樟腦）、潤滑劑、染料等加工制成。透明，可以染成各種顏色，容易燃燒。用來制造玩具、文具等。舊稱假象牙。,酚醛樹脂完全人工合成的塑料,賽璐珞是由天然的纖維素加工而成的，并不是完全人工合成的塑料。,人類歷史上第一種完全人工合成的塑料是在1909年由美國人貝克蘭(LeoBaekeland)用苯酚和甲醛造的酚醛樹脂，又稱貝克蘭塑料。,酚醛樹脂是酚類物質(zhì)和醛類物質(zhì)通過縮合反應(yīng)制備的，屬于熱固性塑料。其制備過程共分兩步：,第一步：先聚合成線型聚合度較低的化合物；,第二步：用高溫處理，轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型聚合度很高的高分子化合物。,塑料時代的開始,Baekland,第一種完全合成的塑料出自美籍比利時人列奧亨德里克貝克蘭。,1863年：生于比利時根特,貝克蘭是鞋匠和女仆的兒子；1884年：(21歲)獲得根特大學(xué)博士學(xué)位；1887年：(24歲)時成為比利時布魯日高等師范學(xué)院的物理和化學(xué)教授；1889年：娶了大學(xué)導(dǎo)師的女兒為妻，同年獲得一筆旅行獎學(xué)金，到美國從事化學(xué)研究；1907年7月14日：貝克蘭注冊了酚醛塑料的專利。,貝克蘭新材料世界的開創(chuàng)者和幸運兒酚醛塑料是世界第一種完全合成的塑料。貝克蘭將它用自己的名字命名為“貝克萊特”（Bakelite）。他很幸運，英國同行詹姆斯斯溫伯恩爵士只比他晚一天提交專利申請，否則英文里酚醛塑料可能要叫“斯溫伯萊特”。,1909年2月8日，貝克蘭在美國化學(xué)協(xié)會紐約分會的一次會議上公開了這種塑料。事實上賽璐珞這種塑料比酚醛塑料發(fā)明的更早，只不過它是來自化學(xué)處理過的棉花以及其他含纖維素的植物材料經(jīng)過加工而制得。,酚醛塑料的特點：絕緣、穩(wěn)定、耐磨、耐腐蝕、不可燃，剛性好，變形小，耐熱，能在150200C的溫度范圍內(nèi)長期使用。在水潤滑條件下，有極低的摩擦系數(shù)，其電絕緣性能優(yōu)良。稱為“千用材料”。,應(yīng)用范圍：汽車、無線電和電力工業(yè)中。產(chǎn)品：插頭、插座、收音機(jī)、電話外殼、螺旋槳、閥門、齒輪、管道、臺球、把手、按鈕、刀柄、桌面、煙斗、保溫瓶、電熱水瓶、鋼筆和人造珠寶上。,酚醛塑料的缺點：,這是20世紀(jì)的煉金術(shù)，從煤焦油那樣的廉價產(chǎn)物中，得到用途如此廣泛的材料。1940年5月20日的時代周刊則將貝克蘭稱為“塑料之父”。,酚醛塑料第一個工業(yè)化的高分子材料,它受熱會變暗，只有深褐、黑或暗綠3種顏色，缺點是沖擊強(qiáng)度差，質(zhì)脆容易摔碎。,早在1872年，德國化學(xué)家阿道夫馮拜爾就發(fā)現(xiàn)：苯酚和甲醛反應(yīng)后，玻璃管底部有些頑固的殘留物。不過拜爾的眼光在合成染料上，而不是絕緣材料上，對他來說，這種黏糊糊的不溶解物質(zhì)是條死胡同。對貝克蘭等人來說，這種東西卻是光明的路標(biāo)。從1904年開始，貝克蘭開始研究這種反應(yīng)。最初得到的是一種液體苯酚甲醛蟲膠，稱為Novolak(酚醛樹脂)，但市場并不成功。3年后，他得到一種糊狀的黏性物，模壓后成為半透明的硬塑料酚醛塑料。,1910年：貝克蘭創(chuàng)辦了通用酚醛塑料公司，在新澤西的工廠開始生產(chǎn)。1926年：專利保護(hù)到期，大批同類產(chǎn)品涌入市場。經(jīng)過談判，貝克蘭與對手合并，擁有了一個真正的酚醛塑料帝國。1939年：貝克蘭退休時，兒子喬治華盛頓貝克蘭無意從商，公司以1650萬美元（相當(dāng)于今天2億美元）出售給聯(lián)合碳化物公司1945年：貝克蘭死后一年，美國的塑料年產(chǎn)量就超過40萬噸，1979年又超過了工業(yè)時代的代表鋼。在今年倫敦科學(xué)博物館的展覽上，貝克蘭的曾孫休卡拉克一手執(zhí)一個30年代的尿素甲醛塑料電話，一手展示著一個用生物可降解塑料制成的手機(jī)。,“塑料之父”貝克蘭的職業(yè)生涯,石油產(chǎn)品開創(chuàng)了塑料的新時代,進(jìn)入50年代，從石油裂解而得的a烯烴成為合成高分子的主要原料，主要包括乙烯與丙烯。,20世紀(jì)40年代，乙烯類單體的自由基引發(fā)聚合反應(yīng)迅速發(fā)展，實現(xiàn)工業(yè)化的包括氯乙烯、聚苯乙烯和有機(jī)玻璃等，這是合成高分子蓬勃發(fā)展的時期。,低壓聚乙烯、聚丙烯的合成,德國人齊格勒(KarlZiegler)與意大利人納塔(GiulioNatta)分別發(fā)明用三乙基鋁和三氧化鈦組成的金屬絡(luò)合催化劑合成低壓聚乙烯與聚丙烯的方法。低壓聚乙烯于1952年實現(xiàn)工業(yè)化；低壓聚丙烯于1957年實現(xiàn)工業(yè)化。這是高分子化學(xué)的歷史性發(fā)展，因為以石油為原料能建設(shè)年產(chǎn)10萬噸的大工廠。為褒獎他們在烯烴合成高分子領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)，二人共同獲得1963年的諾貝爾化學(xué)獎。,齊格勒是德國有機(jī)化學(xué)：1920年：獲馬爾堡大學(xué)化學(xué)博士學(xué)位。1927年：在海德堡大學(xué)任教授。1936年：任哈雷一薩勤大學(xué)化學(xué)學(xué)院院長。1953年：研究有機(jī)金屬化合物與乙烯的反應(yīng)時發(fā)現(xiàn)，在常壓下用催化劑得到了結(jié)晶聚乙烯塑料。,齊格勒,納塔,G納塔是意大利高分子化學(xué)家：1954年：納塔用催化劑合成了結(jié)晶聚丙烯。,新型合成耐高溫材料,60年代，由于要飛往月球而出現(xiàn)耐高溫高分子的研究熱。耐高溫的定義：材料能夠在氮氣中500環(huán)境中能使用一個月；在空氣中300環(huán)境下能使用一個月。,芳綸1313（聚間苯二甲酸間苯二胺纖維）、芳綸1414（聚對苯二甲酸對苯二胺纖維）,耐高溫高分子主要分為兩大類：1、芳香聚酰胺：例如苯二胺與間苯二?？s聚得到的Nomex，這在當(dāng)時曾被作為太空服的原料。對苯二胺與對苯二酰氯縮聚得到的Kevlar，它屬于耐高溫的高分子液晶，現(xiàn)在用于超音速飛機(jī)的復(fù)合材料中。2、雜環(huán)高分子：例如聚芳亞酰胺和作為高溫粘合劑的聚苯并咪唑，為現(xiàn)在宇航飛行所需的材料打下了基礎(chǔ)。,塑料的種類很多。除了酚醛樹脂和聚乙烯外，還有聚氯乙烯、聚苯乙烯等。我們常見的有機(jī)玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯），其實也是塑料的一種。它的透明度比普通玻璃還高，有韌性，不易破碎，槍彈打上去也只能穿一個洞。它是制作飛機(jī)舷窗的絕好材料。,我國塑料制品2000年到2010年的產(chǎn)量,年份塑料產(chǎn)量（萬噸）20105830.3820094479.2820083680.2320073184.5420062602.620052308.8620042366.520031652.0820021455.720011288.720001087.5,塑料的優(yōu)點-1,1)易于加工、易于制造(易于成型)即使制品的幾何形狀相當(dāng)復(fù)雜，只要能從模具中脫模，都比較容易制作。因而其效率遠(yuǎn)勝于金屬加工，特別是注塑成型制品經(jīng)過一道工序，即可制造出很復(fù)雜的成品。,塑料的優(yōu)點-2,2)可根據(jù)需要隨意著色，富有裝飾性，或制成透明制品：利用塑料可制作五光十色、透明美麗的制品，而且色澤美觀、耐久，還可用先進(jìn)的印刷、壓花、電鍍及燙金技術(shù)制成具有各種圖案、花型和表面立體感、金屬感的制品，可提高其商品價值,并給人一種明快的感覺.塑料可以制成透明的制品，,塑料的優(yōu)點-3、4,3)不生銹、不易腐蝕塑料一般耐各種化學(xué)藥品的腐蝕，不會象金屬那樣易生銹或受到腐蝕。使用時不必?fù)?dān)心酸、堿、鹽、油類、藥品、潮濕及霉菌等的侵蝕。,4)不易傳熱、保溫性能好由于塑料比熱大，熱導(dǎo)率小，不易傳熱，故其保溫及隔熱效果良好。,導(dǎo)熱系數(shù)?。杭s為金屬的1/500-1/600。泡沫塑料的導(dǎo)熱系數(shù)約為金屬的1/1500，水泥混凝土的1/40，普通粘土磚的1/20，是理想的絕熱材料。,塑料的優(yōu)點-5,聚4-甲基戊烯最輕：,5)可制做輕質(zhì)高強(qiáng)度的產(chǎn)品,與金屬、陶瓷制品相比,質(zhì)量輕、機(jī)械性能好，比強(qiáng)度(強(qiáng)度與密度的比值)高，故可制做輕質(zhì)高強(qiáng)度制品。特別是填充玻璃纖維后，更可提高其強(qiáng)度。-(增強(qiáng))另外，由于塑料質(zhì)量輕，可節(jié)約能源，故其制品亦日趨輕量化。-(以塑代鋼),塑料的優(yōu)點-6,6)既能制作絕緣產(chǎn)品，又能制做導(dǎo)電部件：塑料本身是很好的絕緣物質(zhì)，目前可以說沒有哪一種電氣制品不使用塑料的。但如果在塑料中填充金屬粉末或碎屑加以成型，也可制成導(dǎo)電良好的產(chǎn)品。,塑料的優(yōu)點-6,導(dǎo)電塑料是將樹脂和導(dǎo)電物質(zhì)混合，用塑料的加工方式進(jìn)行加工的功能型高分子材料。主要應(yīng)用于電子、集成電路包裝、電磁波屏蔽等領(lǐng)域。,日本筑波大學(xué)名譽教授白川英樹和美國科學(xué)家愛倫黑格博士及馬克達(dá)依阿密特博士3人，為表彰他們在研制導(dǎo)電塑料方面做出的突出貢獻(xiàn)。而獲得諾貝爾化學(xué)獎。,導(dǎo)電高分子的基本概念物質(zhì)按電學(xué)性能分類可分為絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體和超導(dǎo)體四類。高分子材料通常屬于絕緣體的范疇。1977年，美國科學(xué)家：黑格（A.J.Heeger）、麥克迪爾米德（A.G.MacDiarmid）日本科學(xué)家：白川英樹（H.Shirakawa）發(fā)現(xiàn)摻雜聚乙炔具有金屬導(dǎo)電特性，有機(jī)高分子不能作為導(dǎo)電材料的概念被徹底改變。并因此項發(fā)明獲得諾貝爾化學(xué)獎,塑料的優(yōu)點-7、8,7)減震、消音性能優(yōu)良：塑料具有優(yōu)良的減震、消音性能。,8）透光及防護(hù)性好：玻璃透光率為80%，有機(jī)玻璃為92%。玻璃厚度達(dá)到20cm時即不透明，PMMA在厚達(dá)1m時仍清澈透明，其它如PC、PET、PS等透光率均達(dá)到80%以上。透明塑料(如:PMMA、PS、PC等)可制作透明的塑料制品(如：鏡片、標(biāo)牌、罩板等)。,塑料的優(yōu)點-9、10,9)產(chǎn)品制造成本低：塑料原料本身雖然不那么便宜，但如(1)項所述，由于塑料易于加工，設(shè)備費用比較低廉，所以能降低產(chǎn)品成本。,10）可回收利用：回收的廢舊塑料可以用于制備燃料油和燃料氣，這樣可以降低原油消耗。,塑料的缺點-1,1）耐熱性差：這是塑料最大的缺點,與金屬和玻璃制品相比,其耐熱性遠(yuǎn)為低劣,溫度稍高，就會變形，一般塑料使用溫度都不高，即使是熱固性樹脂，超過200攝氏度也會冒煙，并產(chǎn)生剝落。如：聚氯乙烯（PVC）80；聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）120；聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）130；聚四氟乙烯（PTFE）250；,2）易燃燒：燃燒時能產(chǎn)生大量的熱、煙和有毒氣體。例如：聚苯乙烯燃燒時產(chǎn)生甲苯，這種物質(zhì)少量會導(dǎo)致失明，吸入有嘔吐等癥狀；PVC燃燒也會產(chǎn)生氯化氫有毒氣體，除了燃燒，就是高溫環(huán)境，會導(dǎo)致塑料分解出有毒成分，例如苯環(huán)等。,3）耐久性差，易老化：無論是強(qiáng)度、表面光澤或透明度,都不耐久，受負(fù)荷有蠕變現(xiàn)象。另外，所有的塑料均怕紫外線及太陽光照射，在光、氧、熱、水及大氣環(huán)境作用下會老化.,塑料的缺點-2,4）耐候性差：隨著溫度的變化，性質(zhì)也會大大改變。高溫、低溫都會使各種性質(zhì)發(fā)生改變。,6)易于受特殊溶劑及藥品的腐蝕：一般來說，塑料比較不容易受化學(xué)藥品的腐蝕，但有些塑料(如:PC、ABS、PS等)這方面的性質(zhì)特別差；在一般情況下熱固性樹脂耐腐蝕性相當(dāng)強(qiáng)。,7)易受損傷、也容易沾染灰塵及污物：塑料的表面硬度都比較低，容易受損傷；另外，由于是絕緣體，故帶有靜電，因此容易沾染灰塵。,5）機(jī)械強(qiáng)度較低，易變形：與同樣體積的金屬相比，機(jī)械強(qiáng)度低得多，塑料膨脹系數(shù)大，溫度變形大，另長期負(fù)重會發(fā)生蠕變，如塑料繩晾衣服時間長會伸長。,塑料的缺點-3,10）資源有限：塑料是以石油產(chǎn)品為原料制成的，石油資源是有限的。,8)尺寸穩(wěn)定性差：與金屬相比，塑料收縮率很高，故難于保證尺寸精度。在使用期間受潮、吸濕或溫度發(fā)生變化時，尺寸易隨時間發(fā)生變化。,9）不易分解，污染環(huán)境：廢棄塑料帶來的“白色污染”,今天已成為不可忽視的社會公害。,11）回收利用成本高：廢舊塑料回收時，分類十分困難，而且經(jīng)濟(jì)上不合算。（可回收塑料的價值是生產(chǎn)新塑料價格的3倍，由于成本高昂，所以現(xiàn)時塑料的回收及再利用比其他材料較難普及）。,白色污染,白色污染,1、什么是白色污染？所謂“白色污染”，是人們對塑料垃圾污染環(huán)境的一種形象稱謂。它是指用聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的各類生活塑料制品使用后被棄置成為固體廢物，由于隨意亂丟亂扔，難于降解處理，以致造成城市環(huán)境嚴(yán)重污染的現(xiàn)象。,2、白色污染的危害白色污染存在兩種危害：視覺污染和潛在危害。1）視覺污染：塑料袋、盒、杯、碗等散落在環(huán)境中，給人們的視覺帶來不良刺激，影響環(huán)境的美感。,市場上用回收塑料袋包裝蔬菜、水果很普遍，雖然方便了購買者，但造成了二次污染。由于其質(zhì)量輕薄，廢棄后飄飛，形成樹掛，有的散落在旅游區(qū)、水面上、鐵道旁，影響城市容貌的整體美感，超薄塑料袋生產(chǎn)條件簡陋，以手工作坊制作居多，不但加工過程衛(wèi)生條件難以保障，甚至有些選用再生料制作，上面沾染了許多細(xì)菌。,潛在危害-1,2）潛在危害：,塑料飯盒和塑料袋盛裝食物嚴(yán)重影響我們的身體健康。會對人的肝臟、腎臟及中樞神經(jīng)系統(tǒng)等造成損害。,使土壤環(huán)境惡化，嚴(yán)重影響農(nóng)作物的生長。塑料制品的降解時間，通常至少需要200年。農(nóng)田里的廢農(nóng)膜、塑料袋長期殘留在田中，其后果為：A.影響土壤的透氣性，阻礙水分和營養(yǎng)物質(zhì)的傳輸，影響農(nóng)作物的生長發(fā)育，造成農(nóng)作物的減產(chǎn)；B.長此下去，必將影響深層土壤，使土壤環(huán)境惡化，進(jìn)而威脅人類安全。C.纏繞農(nóng)機(jī)，影響作業(yè)；D.若牲畜吃了塑料膜，會引起牲畜的消化道疾病，甚至死亡。,潛在危害-2,填埋作業(yè)仍是我國處理城市垃圾的一個主要方法。由于塑料膜密度小、體積大，它能很快填滿場地，降低填埋場地處理垃圾的能力；而且，填埋后的場地由于地基松軟，垃圾中的細(xì)菌、病毒等有害物質(zhì)很容易滲入地下，污染地下水，危及周圍環(huán)境。,若把廢塑料直接進(jìn)行焚燒處理，不但產(chǎn)生大量黑煙，而且會產(chǎn)生二噁英迄今為止毒性最大芳香族有機(jī)化合物，將給環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染。,二噁英,1,4-二氧雜環(huán)己二烯,二苯并二噁英,焚燒垃圾排放出的二噁英對環(huán)境的污染，已經(jīng)成為全世界關(guān)注的一個極敏感的問題。由于塑料對環(huán)境的危害日益嚴(yán)重，最近被世界權(quán)威機(jī)關(guān)評為20世紀(jì)最糟糕的發(fā)明。,二噁英進(jìn)入土壤中