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1、1,2009/08,化 工 工 藝 學(xué)Introduction to chemical industry,主講 丁明潔化學(xué)與材料工程學(xué)院,第 7 講 高分子化工工藝 河南城建學(xué)院化工學(xué)院 丁明潔,繁榮的化工家族,5-1 高分子材料 高分子材料是分子量大的高分子化合物,相對(duì)分子質(zhì)量通常約在10000以上,是由低分子量分子經(jīng)過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合而形成的化合物。這些低分子原料稱為單體,把單體連接起來(lái)形成高分子過(guò)程叫聚合反應(yīng)。,單體 CH2= CH2 聚合物 CH2 CH2 CH2 CH2,均聚物由一種單體聚合而成的聚合物。如聚乙烯、聚丙烯等 共聚物由兩種以上單體共聚而成的聚合物。如氯乙烯醋酸乙烯共聚物。,三
2、大高分子合成材料 1、合成樹(shù)脂 2、合成橡膠 3、合成纖維,5-1-1 樹(shù)脂與塑料 合成樹(shù)脂是人工合成的某些性能與天然樹(shù)脂相似的高分子聚合物,是塑料的主要原料。 塑料制品是由樹(shù)脂粒子添加諸如填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、染料等經(jīng)混合和壓模所得到的產(chǎn)品。,幾種常用的塑料,聚乙烯 單體:乙烯( CH2= CH2) 性質(zhì):熱塑性、絕緣性高,化學(xué) 穩(wěn)定性好。 用途:電纜、薄膜制品,日用品等。,塑料大棚,幾種常用的塑料,聚氯乙烯 單體:氯乙烯( Cl CH = CH2) 性質(zhì):熱塑性、耐化學(xué)腐蝕性好。 用途:硬聚氯乙烯塑料,制化工設(shè)備材料;軟聚氯乙烯塑料,制電線絕緣材料、薄膜、雨衣、軟管等。,幾種常用的塑料,酚
3、醛塑料 單體:甲醛、苯酚 性質(zhì):熱固性、電絕緣性良好。 用途:電器工業(yè)材料、日用品、機(jī) 器零件及各種模壓制品等。,熱塑性塑料 以熱塑性樹(shù)脂為基本成分的塑料。一般具有鏈狀線形結(jié)構(gòu)。受熱軟化,可反復(fù)塑制。如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。,熱固性塑料 以熱固性樹(shù)脂為基本成分的塑料。加工成形后變?yōu)椴蝗懿蝗蹱顟B(tài)。一般具有網(wǎng)狀的體形結(jié)構(gòu)。受熱不再軟化,不可反復(fù)塑制。例如酚醛塑料、氨基塑料等。,512 合成橡膠,512 合成橡膠 橡膠是具有高彈性的高分子化合物,由比較少量的交聯(lián)鍵連成網(wǎng)狀的柔性分子所組成。 除高彈性外,橡膠還具有高電絕緣性、耐水性、不透氣性。某些橡膠還具有耐化學(xué)腐蝕、耐高溫、耐磨損等特殊性能
4、。,幾種常用的合成橡膠,順丁橡膠 單體:1,3 丁二烯 性質(zhì)和用途:彈性好、耐磨、耐低溫、耐老化性能好。用作輪胎、三角皮帶、耐熱膠管、膠鞋等。,幾種常用的合成橡膠,丁苯橡膠 單體:1,3 丁二烯;苯乙烯 性質(zhì)和用途:耐磨性好、抗老化性能好,彈性較差。用于制作輪胎和其他通用工業(yè)制品。,幾種常用的合成橡膠,丁腈橡膠 單體:1,3 丁二烯;丙烯腈 性質(zhì)和用途:耐油性能好,耐磨、耐熱性好,有良好的物理機(jī)械性能,電絕緣性能差。主要用作耐油橡膠制品。,513合成纖維,513合成纖維 合成纖維有單體小分子聚合而成,用作纖維的聚合物必須具有很高的拉伸強(qiáng)度,這就要求聚合物分子排成直線而不是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 常見(jiàn)的合成
5、纖維有聚酯纖維(滌綸)、聚酰胺纖維(尼龍)、聚丙烯腈纖維(腈綸)等。,52 合成聚合物的原料 聚合物單體(具有不飽和化學(xué)結(jié)構(gòu))乙烯、丙烯、苯乙烯、丁二烯、丙烯腈等。,53 高分子材料典型生產(chǎn)工藝,聚乙烯 5311高壓法 生產(chǎn)低密度聚乙烯(相對(duì)分子質(zhì)量1050萬(wàn))。聚合條件:壓力為100300MPa, 溫度為200300攝氏度。 制做薄膜、包裝袋等。,53 高分子材料典型生產(chǎn)工藝,聚乙烯 5312低壓法 生產(chǎn)高密度聚乙烯。聚合條件:壓力為5MPa以下;溫度為6080攝氏度,鋁、鈦催化劑。 制做管材、日用品等。,54 功能高分子材料 功能高分子材料既具有一般高分子的特性,又具有特殊功能,如光學(xué)功能
6、、生物化學(xué)功能、表面化學(xué)功能、醫(yī)藥功能、導(dǎo)電功能等。,551分離性功能高分子材料 離子交換樹(shù)脂分子中含有活性基團(tuán)而能與其他物質(zhì)進(jìn)行離子交換的樹(shù)脂。其主要原料為苯乙烯和二乙烯苯,大分子呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),例如: 強(qiáng)酸性陽(yáng)離子型交換樹(shù)脂帶有磺酸基,用于去除鈣離子、鎂離子等制取軟化水。 其他離子交換樹(shù)脂也可用于各種化學(xué)品的分離、提純、精制以及廢水處理等。,離子交換樹(shù)脂,552導(dǎo)電性功能高分子材料 具有共軛雙鍵結(jié)構(gòu)的高分子材料通常具有半導(dǎo)性甚至導(dǎo)電性,例如聚炔類的聚乙炔、聚苯乙炔等。 可以制得導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電涂料等。,液晶示意圖,液晶物質(zhì)的觀察方法,偏光顯微鏡,碳質(zhì)液晶形成過(guò)程,553高分子液晶 一類
7、高分子具有流體的流動(dòng)性,又不同于流體的各向同性特征,保持了晶體 的有序排,呈現(xiàn)既有晶體性質(zhì)又有液體性質(zhì)的過(guò)渡中間狀態(tài),稱為高分子液晶。,554醫(yī)用高分子 1、與生物組織不接觸的材料 如醫(yī)療器械、輸血用具、注射器等。 2、與人體組織接觸的材料 如手術(shù)中暫時(shí)使用的人工臟器、人造血管、人工腎臟透析膜等。,554醫(yī)用高分子 3、長(zhǎng)期植入體內(nèi)的高分子材料 如植入體內(nèi)的人工臟器、人工骨骼、人工關(guān)節(jié)等。 4、與皮膚接觸的高分子材料 如手套、麻醉用品、繃帶、橡皮膏等。,簡(jiǎn)答題 1、什么是功能高分子材料? 2、說(shuō)出至少五種功能高分子材料和它們的用途。 3、三大高分子材料指什么?在日常生活中有哪些應(yīng)用? 4、離子
8、交換樹(shù)脂的基本功能是什么? 5、高分子液晶有什么特點(diǎn)? 6、說(shuō)出五種常用塑料的名字。 7、說(shuō)出五種高分子聚合物單體。 論述題 1、聚乙烯是如何生產(chǎn)的?用途是什么?,第五講(二)精細(xì)化工,精細(xì)化工的分類、特點(diǎn)及原料 傳統(tǒng)精細(xì)化工 新型精細(xì)化工,精細(xì)化工的分類、特點(diǎn)及原料,精細(xì)化工品(即精細(xì)化學(xué)品)是指那些具有特定的應(yīng)用功能,技術(shù)密集,商品性強(qiáng),產(chǎn)品附加值較高的化工產(chǎn)品。 生產(chǎn)精細(xì)化學(xué)品的工業(yè),稱精細(xì)化學(xué)工業(yè),簡(jiǎn)稱精細(xì)化工。,我們見(jiàn)過(guò)的精細(xì)化工,(1)農(nóng)藥(2)染料(3)涂料(包括油漆和油墨)(4)顏料(5)試劑和高純物質(zhì)(6)信息用化學(xué)品(包括感光材料、磁性材料等能接受電磁波的化學(xué)品)(7)食品
9、和飼料添加劑(8)粘合劑(9)催化劑和各種助劑(10)(化工系統(tǒng)生產(chǎn)的)化學(xué)藥品(原料藥)和日用化學(xué)品(11)高分子聚合物中的功能高分子材料。,精細(xì)化工的分類,日本在1965年為17個(gè)門(mén)類,到了1981年共涉及34個(gè)門(mén)類,它們是醫(yī)藥、獸藥、染料、涂料、有機(jī)顏料、油墨、催化劑、試劑、香料、粘合劑、表面活性劑、化妝品、感光材料、橡膠助劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、塑料添加劑、石油添加劑、飼料添加劑、食品添加劑、高分子凝聚劑、工業(yè)殺菌防霉劑、芳香防臭劑、紙漿及紙化學(xué)品、汽車(chē)化學(xué)品、脂肪酸及其衍生物、稀土金屬化合物、電子材料、精細(xì)陶瓷、功能樹(shù)脂、生命體化學(xué)品和化學(xué)促進(jìn)生命物質(zhì)等。,精細(xì)化工的特點(diǎn),(1)技術(shù)密集
10、度高,精細(xì)化工產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)涉及到各種化學(xué)、物理、生理、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等諸多方面的學(xué)科,因此,必然集中了這些學(xué)科的各種技術(shù)。 (2)多品種,小批量,產(chǎn)品周期短,更新?lián)Q代快。 (3)生產(chǎn)流程復(fù)雜,設(shè)備投資大,多采用間歇式生產(chǎn)工藝,具有技術(shù)壟斷性強(qiáng),銷售利潤(rùn)高,附加值高的特點(diǎn)。 (4)商品性強(qiáng),市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。,精細(xì)化工的原料,精細(xì)化工品的原料 : 煤 石油 天然氣 農(nóng)副產(chǎn)品,傳統(tǒng)精細(xì)化工-染料,染料 : 染料是能將纖維或其他被染物染成其他顏色的有機(jī)化合物。染料分子中常含有發(fā)色團(tuán)(如:偶氮基、硝基、羰基等)和助色團(tuán)(如:氨基、羥基、甲基、磺酸基等),當(dāng)光線射入后發(fā)生選擇性吸收,并發(fā)射一定波長(zhǎng)的光線,從而顯示
11、出顏色。有些基團(tuán)還能與纖維起到化學(xué)結(jié)合的作用,增加染料與纖維的結(jié)合能力。,染料,分類方法:(1)按反應(yīng)方法和應(yīng)用性能的共性,分為還原染料、活性染料、酸性染料、堿性染料、直線染料、硫化染料等幾大類。(2)根據(jù)染料分子中所含基本結(jié)構(gòu)或基團(tuán)分類,有偶氮染料、蒽醌染料、酞菁染料、噻唑染料、三芳甲烷染料、甲川染料等。,染料生產(chǎn)工藝舉例,染料生產(chǎn)舉例:,涂料,涂料是一種流動(dòng)狀態(tài)或粉末狀態(tài)的有機(jī)物質(zhì),將它涂覆在物質(zhì)的表面,可以得到一層致密堅(jiān)韌的涂膜,對(duì)材料起到裝飾和保護(hù)等作用。 如果按劑型分類,重要的涂料有溶劑性涂料和水溶性涂料。涂料如果按成膜物質(zhì)分類,可以分為天然樹(shù)脂涂料和合成樹(shù)脂涂料兩大類。,涂料生產(chǎn)工
12、藝舉例,舉例:雙酚A樹(shù)脂 、環(huán)氧氯丙烷,香料及香精,香料是能夠散發(fā)香味的揮發(fā)性物質(zhì)。香精是由幾種或若干種香料按一定的香型調(diào)制而成的香料混合物。 香料包括天然香料和合成香料。天然香料廣泛分布于植物中,如香花、香葉、香木中,稱為植物香料。香料也存在于動(dòng)物的腺囊中,如麝香、靈貓香、龍涎香、海貍香,稱為動(dòng)物香料。,香料及香精,香料按化學(xué)結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)的特征分類 :(1)醇類香料,(2)羥酸類香料;(3)酯類香料;(4)醛類香料;(5)酮類香料;(6)酚類和醚類香料;(7)麝香類香料;(8)烴類等。,新型的精細(xì)化工,電子化學(xué)品:指為電子工業(yè)配套而采用化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)得到有特定功能的產(chǎn)品。從功能上講可分為絕緣材料、電阻材料、半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電材料、發(fā)熱材料、磁性材料、傳感材料等。主要應(yīng)用在集成電路和分立器件、彩電配套、印刷線路版生產(chǎn)、液晶顯示器件等領(lǐng)域。就材料種類來(lái)分即金屬材料、陶瓷材料和有機(jī)高分子材料。,電子化學(xué)品,絕緣材料 :絕緣材料應(yīng)用于電機(jī)、電力工業(yè),隨著電機(jī)和電力設(shè)備向
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