塑料起源与发展课件.pptx
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- 塑料 起源 发展 课件
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1、塑料起源与发展高分子材料: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。高分子合成有机高分子天然有机高分子合成高分子材料的发展历史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(1952年工业化) 齐格勒(德国K
2、arl 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)“赛璐珞赛璐珞”的发明的发明塑料时代的开始塑料时代的开始 1868年年1869年,美国有一位叫约翰年,美国有一位叫约翰海阿特的印刷海阿特的印刷工人,一次偶然的误操作,他发现做工人,一次偶然的误操作,他发现做火药火药的原料的原料硝化纤维硝化纤维在在酒精酒精中溶解后加进中溶解后加进樟脑樟脑时,硝化纤维竟变成了一种柔韧时,硝化纤维竟变成了一种柔韧性相当好的
3、又硬又不脆的材料,可以做台球。他将它命名性相当好的又硬又不脆的材料,可以做台球。他将它命名为为“赛璐珞赛璐珞”。 (樟脑:2-莰酮 ,分子式为C10H16O。1,7,7-三甲基二环2,2,1庚烷-2-酮。)Hyatt 生产生产赛璐珞赛璐珞台球代替象牙台球代替象牙 “赛璐珞赛璐珞”的特点:它是一种坚韧材料,具有很大的抗的特点:它是一种坚韧材料,具有很大的抗张强度,耐水,耐油、耐酸。张强度,耐水,耐油、耐酸。 赛璐珞赛璐珞的用途:从儿童玩具到衬衫领子中都有的用途:从儿童玩具到衬衫领子中都有赛璐珞赛璐珞。 照相底片(附着胶状银化合物)的片基,这就是第一张实照相底片(附着胶状银化合物)的片基,这就是第
4、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。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成塑料。 赛璐珞是塑料的老祖赛璐珞是塑料的老祖宗,是英文宗,是英文“celluloid”的译音,即硝化纤维塑料,的译音,即硝化纤维塑料,是塑料的一
5、种,由胶棉是塑料的一种,由胶棉(低氮含量的硝化纤维)(低氮含量的硝化纤维)和增塑剂(主要是樟脑)、和增塑剂(主要是樟脑)、润滑剂、染料等加工制润滑剂、染料等加工制成。透明,可以染成各种成。透明,可以染成各种颜色,容易燃烧。用来制颜色,容易燃烧。用来制造玩具、文具等。旧称假造玩具、文具等。旧称假象牙。象牙。酚醛树脂酚醛树脂完全人工合成的塑料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人类历史上第一种完全人工合成的塑料是在1909年由美年由美国人国人贝克兰贝克兰(Leo Baekeland)用苯酚和甲醛造的酚醛树脂,用苯酚
6、和甲醛造的酚醛树脂,又称又称贝克兰塑料。贝克兰塑料。 酚醛树脂是酚醛树脂是酚类物质酚类物质和和醛类物质醛类物质通过缩合反应制备的,通过缩合反应制备的,属于属于热固性塑料热固性塑料。 其制备过程共分两步: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;第一步:先聚合成线型聚合度较低的化合物; 第二步:用高温处理,转变为体型聚合度很高的高分子化合物。第二步:用高温处理,转变为体型聚合度很高的高分子化合物。塑料时代的开始塑料时代的开始Baekland 第一种完全合成的塑料出自美籍比利第一种完全合成的塑料出自美籍比利时人时人列奥列奥亨德里克亨德里克贝克兰。贝克兰。1863年:生于比利时根特
7、年:生于比利时根特,贝克兰是鞋匠贝克兰是鞋匠 和女仆的儿子;和女仆的儿子;1884年:年:(21岁岁)获得根特大学博士学位;获得根特大学博士学位;1887年:年:(24岁岁)时成为比利时布鲁日高等时成为比利时布鲁日高等 师范学院的物理和化学教授;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:娶了大学导师的女儿为妻,同 年获得一笔旅行奖学金,到美国年获得一笔旅行奖学金,到美国 从事化学研究;从事化学研究;1907年年7月月14日:日:贝克兰贝克兰注册了酚醛塑料注册了酚醛塑料 的专利。的专利。 贝克兰贝克兰新材料世界的新材料世界的开创者开创者和和幸运儿幸运儿 酚醛塑料是世界第
8、一种完全合成的塑料。贝克兰将它用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自己的名字命名为“贝克莱特贝克莱特”(Bakelite)。他很幸运,英)。他很幸运,英国同行詹姆斯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则英文里酚醛塑料可能要叫“斯温伯莱特斯温伯莱特”。 1909年年2月月8日,贝克兰在美国化学协会纽约分会的一日,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。次会议上公开了这种塑料。 事实上事实上赛璐珞赛璐珞这种塑料比这种塑料比酚醛塑料酚醛塑料发明的更早,只不过发明的更早,只不过
9、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。经过加工而制得。 酚醛塑料的特点酚醛塑料的特点:绝缘、稳定、耐磨、耐腐蚀、不可燃,绝缘、稳定、耐磨、耐腐蚀、不可燃,刚性好,变形小,耐热,能在刚性好,变形小,耐热,能在150 200C的温度范围内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。称为缘性能优良。称为“千用材料千用材料”。应用范围:应用范围:汽车、无线电和电力工业中。汽车、无线电和电力工业中。产品:产品:插头、插座、收音机、电话外壳、螺旋桨、
10、阀门、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、烟斗、保齿轮、管道、台球、把手、按钮、刀柄、桌面、烟斗、保温瓶、电热水瓶、钢笔和人造珠宝上。温瓶、电热水瓶、钢笔和人造珠宝上。酚醛塑料的缺点:酚醛塑料的缺点: 这是这是20世纪的世纪的炼金术炼金术,从煤焦油那样的廉价产物中,从煤焦油那样的廉价产物中,得到用途如此广泛的材料。得到用途如此广泛的材料。 1940年年5月月20日的时代周刊则将贝克兰称日的时代周刊则将贝克兰称为为“塑料之父塑料之父”。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、黑或暗它受热会变暗,只有深褐、黑或暗绿绿3种颜色,缺点
11、是冲击强度差,质脆容易摔碎。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。厂
12、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判,贝克兰与对手合并,拥有了一个真正的酚醛 塑料帝国。塑料帝国。1939年:贝克兰退休时,儿子乔治年:贝克兰退休时,儿子乔治华盛顿华盛顿贝克兰无意从贝克兰无意从 商,公司以商,公司以1650万美元(相当于今天万美元(相当于今天2亿美元)出亿美元)出 售给联合碳化物公司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年:贝克兰死后一年,美国的塑料年产量就超过40万万 吨,吨,1979年又超过了工业时代的代表年又超过了工业时
13、代的代表钢。钢。 在今年伦敦科学博物馆的展览上,贝克兰的曾孙在今年伦敦科学博物馆的展览上,贝克兰的曾孙休休卡卡拉克拉克一手执一个一手执一个30年代的年代的尿素甲醛塑料尿素甲醛塑料电话,一手展示着电话,一手展示着一个用一个用生物可降解塑料生物可降解塑料制成的手机。制成的手机。“塑料之父塑料之父”贝克兰的职业生涯贝克兰的职业生涯石油产品开创了塑料的新时代石油产品开创了塑料的新时代 进入进入50年代,从石油裂解而得的年代,从石油裂解而得的a烯烃烯烃成为合成高分子的主要原料,成为合成高分子的主要原料,主要包括乙烯与丙烯。主要包括乙烯与丙烯。 20世纪世纪40年代,乙烯类单体年代,乙烯类单体的自由基引发
14、聚合反应迅速发展,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,这是合成高分子烯和有机玻璃等,这是合成高分子蓬勃发展的时期。蓬勃发展的时期。低压聚乙烯、聚丙烯的合成低压聚乙烯、聚丙烯的合成 德国人齐格勒德国人齐格勒(Karl Ziegler)与意大利人纳塔与意大利人纳塔(Giulio Natta)分别发明用分别发明用三乙基铝三乙基铝和和三氧化钛三氧化钛组成的金属络组成的金属络合催化剂合成低压聚乙烯与聚丙烯的方法。合催化剂合成低压聚乙烯与聚丙烯的方法。 低压聚乙烯于低压聚乙烯于1952年实现工业化;年实现工业化; 低压聚丙烯于低压聚丙烯
15、于1957年实现工业化。年实现工业化。 这是高分子化学的历史性发展,因为以石油为原这是高分子化学的历史性发展,因为以石油为原料能建设料能建设 年产年产10万吨的大工厂。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,为褒奖他们在烯烃合成高分子领域的杰出贡献,二人共同获得二人共同获得1963年的年的诺贝尔化学奖。诺贝尔化学奖。齐格勒齐格勒是德国有机化学:是德国有机化学:1920年:获马尔堡大学化学年:获马尔堡大学化学 博士学位。博士学位。1927年:在海德堡大学任教授。年:在海德堡大学任教授。1936年:任哈雷一萨勤大学化学年:任哈雷一萨勤大学化学 学院院长。学院院长。1953年:研究
16、有机金属化合物与年:研究有机金属化合物与 乙烯的反应时发现,在乙烯的反应时发现,在 常压下用催化剂得到了常压下用催化剂得到了 结晶聚乙烯塑料。结晶聚乙烯塑料。齐格勒纳塔G纳塔纳塔是意大利高分子化学家:是意大利高分子化学家:1954年:纳塔用催化剂合成了结年:纳塔用催化剂合成了结 晶聚丙烯。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年代,由于要飞往月球而出现耐高温高分子的研究热。高分子的研究热。耐高温的定义:耐高温的定义: 材料能够在氮气中材料能够在氮气中500 环境中能使用一个环境中能使用一个月;月; 在空气中在空气中300 环境下能使用一个月。环境下能使用一个月。C
17、o芳纶芳纶1313(聚间苯二甲酸间苯二胺纤维)、(聚间苯二甲酸间苯二胺纤维)、芳纶芳纶1414(聚对苯二甲酸对苯二胺纤维)(聚对苯二甲酸对苯二胺纤维)C o耐高温高分子主要分为两大类: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、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得到的Kevlar,它属于耐高温的高分子液晶,现在用于超音速,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。飞机的复合材料中。2、杂环高分子:例如聚芳亚酰胺和作
18、为高温粘合剂的聚苯并、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。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,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 年份年份 塑料产量(万吨)塑料产量(万吨) 2010 5830.38 2009 4479.28 2008 3680.23 2007 3184.54 2006 2602.6 2
19、005 2308.86 2004 2366.5 2003 1652.08 2002 1455.7 2001 1288.7 2000 1087.5 050010001500200025003000350040004500500055006000塑料的优点塑料的优点-11)易于加工、易于制造易于加工、易于制造(易于成型易于成型) 即使制品的几何形状相当复杂,只要能从模具中脱模,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。成型制品经过一道工序,即可
20、制造出很复杂的成品。塑料的优点塑料的优点-22)可根据需要随意着色,富有装饰性,或制成透明制品: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,术制成具有各种图案、花型和表面立体感、金属感的制品,可提高其商品价值可提高其商品价值,并给人一种明快的感觉并给人一种明快的感觉.塑料可以制成透塑料可以制成透明的制品,明的制品,塑料的优点塑料的优点-3、43)不
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