《{塑料与橡胶管理}塑料的起源与发展演示文稿1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《{塑料与橡胶管理}塑料的起源与发展演示文稿1（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
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
2、乙烯（1952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
3、基二环2，2，1庚烷-2-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
4、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 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
5、程共分两步：,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。,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
6、将它用 自己的名字命名为“贝克莱特”（Bakelite）。他很幸运，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
7、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
8、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 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
9、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
10、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
11、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
12、。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 塑料产量（万吨） 2010 5830.38 2009 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
13、(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
14、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
15、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，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
16、.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,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
