塑料的起源与发展演示文稿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：macromolecularmaterial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1869年赛璐珞海阿特(美国J.W.Hyatt)1909年酚醛树脂贝克兰(美国LeoBaekeland)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KarlZiegler)聚丙烯（1957年工业化）纳塔(意大利(GiulioNatta)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-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(LeoBaekeland)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，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150~200°C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、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(KarlZiegler)与意大利人纳塔(GiulioNatta)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300环境下能使用一个月。Co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）Co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，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）20105830.3820094479.2820083680.2320073184.5420062602.620052308.8620042366.520031652.0820021455.720011288.720001087.5050010001500200025003000350040004500500055006000塑料的优点-11)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。塑料的优点-22)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、43)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：材料密度g/cm3塑料0.83——2.2泡沫塑料0.01——0.5钢7.8铝2.8铜8.7玻璃2.5粘土1.75)可制做轻质高强度的产品㎝30.67g/2.1–2.3g/㎝3聚四氟乙烯最重：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-66)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。塑料或金属塑料的优点-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。复合型导电塑料：现在广泛应用的导电高分子材料。其填充物质主要有：a、金属分散系；b、炭黑系；c、有机络合物分散系。结构型导电塑料（本征型导电塑料：本身具有导电性或经化学改性后具有导电性的塑料。主要有：（1）π共轭系高分子：如聚乙炔、(Sr)n、线型聚苯、层状高聚物等；（2）金属螯合物：如聚酮酞菁；（3）电荷移动型高分子络合物：如聚阳离子、CQ络合物。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塑料的优点-7、87)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、109)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