高分子與精細化工

1、12009/08 化化 工工 工工 藝藝 學(xué)學(xué) IntroductionIntroduction toto chemicalchemical industryindustry 主講主講 丁明潔丁明潔 化學(xué)與材料工程學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院 第第 7 講講 高分子化工工藝高分子化工工藝 河南城建學(xué)院化工學(xué)院河南城建學(xué)院化工學(xué)院 丁明潔丁明潔 繁榮的化工家族繁榮的化工家族 基本化工 應(yīng)用化工 其 它 有機化工有機化工 煤化工煤化工, , 石油化工石油化工, , 農(nóng)林化工農(nóng)林化工, , 生物化工生物化工, , 高分子化工高分子化工 無機化工無機化工 無機鹽化工無機鹽化工, , 無機非金屬無機非金屬 材

2、料化工材料化工, , 電化工電化工 大化工大化工 輕化工輕化工 5-1 高分子材料高分子材料 高分子材料是分子量大的高分子高分子材料是分子量大的高分子 化合物，相對分子質(zhì)量通常約在化合物，相對分子質(zhì)量通常約在 10000以上，是由低分子量分子經(jīng)過以上，是由低分子量分子經(jīng)過 共價鍵結(jié)合而形成的化合物。這些共價鍵結(jié)合而形成的化合物。這些 低分子原料稱為單體，把單體連接低分子原料稱為單體，把單體連接 起來形成高分子過程叫聚合反應(yīng)。起來形成高分子過程叫聚合反應(yīng)。 單體單體 CH2= CH2 聚合物 聚合物 CH2 CH2 CH2 CH2 均聚物均聚物由一種單體聚合而由一種單體聚合而 成的聚合物。如聚乙

3、烯、聚丙烯等成的聚合物。如聚乙烯、聚丙烯等 共聚物共聚物由兩種以上單體共由兩種以上單體共 聚而成的聚合物。如氯乙烯醋酸聚而成的聚合物。如氯乙烯醋酸 乙烯共聚物。乙烯共聚物。 三大高分子合成材料三大高分子合成材料 1、合成樹脂、合成樹脂 2、合成橡膠、合成橡膠 3、合成纖維、合成纖維 5-1-1 樹脂與塑料樹脂與塑料 合成樹脂合成樹脂是人工合成的某些性能是人工合成的某些性能 與天然樹脂相似的高分子聚合物，與天然樹脂相似的高分子聚合物， 是塑料的主要原料。是塑料的主要原料。 塑料制品塑料制品是由樹脂粒子添加諸如是由樹脂粒子添加諸如 填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、染料等經(jīng)填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、染料等經(jīng) 混合

4、和壓模所得到的產(chǎn)品。混合和壓模所得到的產(chǎn)品。 幾種常用的塑料幾種常用的塑料 聚乙烯聚乙烯 單體單體：乙烯（：乙烯（ CH2= CH2） 性質(zhì)性質(zhì)：熱塑性、絕緣性高，化學(xué)：熱塑性、絕緣性高，化學(xué) 穩(wěn)定性好。穩(wěn)定性好。 用途用途：電纜、薄膜制品，日用品等。：電纜、薄膜制品，日用品等。 塑料大棚塑料大棚 幾種常用的塑料幾種常用的塑料 聚氯乙烯聚氯乙烯 單體單體：氯乙烯（：氯乙烯（ Cl CH = CH2） 性質(zhì)性質(zhì)：熱塑性、耐化學(xué)腐蝕性好。：熱塑性、耐化學(xué)腐蝕性好。 用途用途：硬聚氯乙烯塑料，制化工設(shè)：硬聚氯乙烯塑料，制化工設(shè) 備材料；軟聚氯乙烯塑料，制電線備材料；軟聚氯乙烯塑料，制電線 絕緣材料、

5、薄膜、雨衣、軟管等。絕緣材料、薄膜、雨衣、軟管等。 幾種常用的塑料幾種常用的塑料 酚醛塑料酚醛塑料 單體單體：甲醛、苯酚：甲醛、苯酚 性質(zhì)性質(zhì)：熱固性、電絕緣性良好。：熱固性、電絕緣性良好。 用途用途：電器工業(yè)材料、日用品、機：電器工業(yè)材料、日用品、機 器零件及各種模壓制品等。器零件及各種模壓制品等。 熱塑性塑料熱塑性塑料 以熱塑性樹脂為基本成分的塑以熱塑性樹脂為基本成分的塑 料。一般具有鏈狀線形結(jié)構(gòu)。受熱料。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、聚軟化，可反復(fù)塑制。如聚乙烯、聚 氯乙烯、聚苯乙烯等。氯乙烯、聚苯乙烯等。 熱固性塑料熱固性塑料 以熱固性樹脂為基本成分的塑以熱固

6、性樹脂為基本成分的塑 料。加工成形后變?yōu)椴蝗懿蝗蹱顟B(tài)。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。例如酚醛再軟化，不可反復(fù)塑制。例如酚醛 塑料、氨基塑料等。塑料、氨基塑料等。 512 合成橡膠合成橡膠 512 合成橡膠合成橡膠 橡膠是具有高彈性的高分子化合物，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)狀的柔性分由比較少量的交聯(lián)鍵連成網(wǎng)狀的柔性分 子所組成。子所組成。 除高彈性外，橡膠還具有高電絕緣除高彈性外，橡膠還具有高電絕緣 性、耐水性、不透氣性。某些橡膠還具性、耐水性、不透氣性。某些橡膠還具 有耐化學(xué)

7、腐蝕、耐高溫、耐磨損等特殊有耐化學(xué)腐蝕、耐高溫、耐磨損等特殊 性能。性能。 幾種常用的合成橡膠幾種常用的合成橡膠 順丁橡膠順丁橡膠 單體單體：1，3 丁二烯丁二烯 性質(zhì)和用途性質(zhì)和用途：彈性好、耐磨、耐低：彈性好、耐磨、耐低 溫、耐老化性能好。用作輪胎、三溫、耐老化性能好。用作輪胎、三 角皮帶、耐熱膠管、膠鞋等。角皮帶、耐熱膠管、膠鞋等。 幾種常用的合成橡膠幾種常用的合成橡膠 丁苯橡膠丁苯橡膠 單體單體：1，3 丁二烯；苯乙烯丁二烯；苯乙烯 性質(zhì)和用途性質(zhì)和用途：耐磨性好、抗老化性：耐磨性好、抗老化性 能好，彈性較差。用于制作輪胎和能好，彈性較差。用于制作輪胎和 其他通用工業(yè)制品。其他通用工業(yè)

8、制品。 幾種常用的合成橡膠幾種常用的合成橡膠 丁腈橡膠丁腈橡膠 單體單體：1，3 丁二烯；丙烯腈丁二烯；丙烯腈 性質(zhì)和用途性質(zhì)和用途：耐油性能好，耐磨、：耐油性能好，耐磨、 耐熱性好，有良好的物理機械性能，耐熱性好，有良好的物理機械性能， 電絕緣性能差。主要用作耐油橡膠電絕緣性能差。主要用作耐油橡膠 制品。制品。 513合成纖維合成纖維 513合成纖維合成纖維 合成纖維有單體小分子聚合而成，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用作纖維的聚合物必須具有很高的拉 伸強度，這就要求聚合物分子排成直伸強度，這就要求聚合物分子排成直 線而不是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。線而不是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 常見

9、的合成纖維有聚酯纖維（滌常見的合成纖維有聚酯纖維（滌 綸）、聚酰胺纖維（尼龍）、聚丙烯綸）、聚酰胺纖維（尼龍）、聚丙烯 腈纖維（腈綸）等。腈纖維（腈綸）等。 52 合成聚合物的原料合成聚合物的原料 聚合物單體（具有不飽和化學(xué)聚合物單體（具有不飽和化學(xué) 結(jié)構(gòu)）乙烯、丙烯、苯乙結(jié)構(gòu)）乙烯、丙烯、苯乙 烯、丁二烯、丙烯腈等。烯、丁二烯、丙烯腈等。 53 高分子材料典型生產(chǎn)工藝高分子材料典型生產(chǎn)工藝 聚乙烯聚乙烯 5311高壓法高壓法 生產(chǎn)低密度聚乙烯（相對分子質(zhì)量生產(chǎn)低密度聚乙烯（相對分子質(zhì)量 1050萬）。聚合條件：壓力為萬）。聚合條件：壓力為100 300MPa, 溫度為溫度為200300攝氏度

10、。攝氏度。 制做薄膜、包裝袋等。制做薄膜、包裝袋等。 53 高分子材料典型生產(chǎn)工藝高分子材料典型生產(chǎn)工藝 聚乙烯聚乙烯 5312低壓法低壓法 生產(chǎn)高密度聚乙烯。聚合條件：生產(chǎn)高密度聚乙烯。聚合條件： 壓力為壓力為5MPa以下；溫度為以下；溫度為6080攝攝 氏度，鋁、鈦催化劑。氏度，鋁、鈦催化劑。 制做管材、日用品等。制做管材、日用品等。 54 功能高分子材料功能高分子材料 功能高分子材料既具有一般高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，如分子的特性，又具有特殊功能，如 光學(xué)功能、生物化學(xué)功能、表面化光學(xué)功能、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。學(xué)功能、醫(yī)藥功

11、能、導(dǎo)電功能等。 551分離性功能高分子材料分離性功能高分子材料 離子交換樹脂分子中含離子交換樹脂分子中含 有活性基團而能與其他物質(zhì)進行離子有活性基團而能與其他物質(zhì)進行離子 交換的樹脂。其主要原料為苯乙烯和交換的樹脂。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)二乙烯苯，大分子呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 例如：例如： 強酸性陽離子型交換樹脂帶有強酸性陽離子型交換樹脂帶有 磺酸基，用于去除鈣離子、鎂離子磺酸基，用于去除鈣離子、鎂離子 等制取軟化水。等制取軟化水。 其他離子交換樹脂也可用于各其他離子交換樹脂也可用于各 種化學(xué)品的分離、提純、精制以及種化學(xué)品的分離、提純、精制以及 廢水處理等。廢水處理等。 離子

12、交換樹脂離子交換樹脂 552導(dǎo)電性功能高分子材料導(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。聚炔類的聚乙炔、聚苯乙炔等。 可可 以制得導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電以制得導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電 涂料等。涂料等。 液晶示意圖液晶示意圖 液晶物質(zhì)的觀察方法液晶物質(zhì)的觀察方法 偏光顯微鏡偏光顯微鏡 碳質(zhì)液晶形成過程碳質(zhì)液晶形成過程 553高分子液晶高分子液晶 一類高分子具有流體的流動性，一類高分子具有流體的流動性， 又不同于流體的各向同性特征，保又不同于流體的各向同性特征，保 持

13、了晶體持了晶體 的有序排，呈現(xiàn)既有晶體的有序排，呈現(xiàn)既有晶體 性質(zhì)又有液體性質(zhì)的過渡中間狀態(tài)性質(zhì)又有液體性質(zhì)的過渡中間狀態(tài) ，稱為高分子液晶。，稱為高分子液晶。 554醫(yī)用高分子醫(yī)用高分子 1、與生物組織不接觸的材料、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。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、與人體組織接觸的材料 如手術(shù)中暫時使用的人工臟器、人造如手術(shù)中暫時使用的人工臟器、人造 血管、人工腎臟透析膜等。血管、人工腎臟透析膜等。 554醫(yī)用高分子醫(yī)用高分子 3、長期植入體內(nèi)的高分子材料、長期植入體內(nèi)的高分子材料 如植入體內(nèi)的人工臟器、人工骨骼、人如植入體內(nèi)

14、的人工臟器、人工骨骼、人 工關(guān)節(jié)等。工關(guān)節(jié)等。 4、與皮膚接觸的高分子材料、與皮膚接觸的高分子材料 如手套、麻醉用品、繃帶、橡皮膏等。如手套、麻醉用品、繃帶、橡皮膏等。 簡答題簡答題 1、什么是功能高分子材料？、什么是功能高分子材料？ 2、說出至少五種功能高分子材料和它們的用途。、說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？、三大高分子材料指什么？在日常生活中有哪些應(yīng)用？ 4、離子交換樹脂的基本功能是什么？、離子交換樹脂的基本功能是什么？ 5、高分子液晶有什么特點？、高分子液晶有什么特點？ 6、說出五種常用塑料的名字。、說出五種常用塑料的名字。

15、7、說出五種高分子聚合物單體。、說出五種高分子聚合物單體。 論述題論述題 1、聚乙烯是如何生產(chǎn)的？用途是什么？、聚乙烯是如何生產(chǎn)的？用途是什么？ 第五講（二）精細化工第五講（二）精細化工 精細化工的分類、特點及原料精細化工的分類、特點及原料 傳統(tǒng)精細化工傳統(tǒng)精細化工 新型精細化工新型精細化工 精細化工的分類、特點及原料 精細化工品（即精細化學(xué)品）是指那些具有精細化工品（即精細化學(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，產(chǎn)特定的應(yīng)用功能，技術(shù)密集，商品性強，產(chǎn) 品附加值較高的化工產(chǎn)品。品附加值較高的化工產(chǎn)品。 生產(chǎn)精細化學(xué)品的工業(yè)，稱精細化學(xué)工業(yè)，生產(chǎn)精細化學(xué)品的工業(yè)，稱精細化學(xué)工

16、業(yè)， 簡稱精細化工。簡稱精細化工。 我們見過的精細化工我們見過的精細化工 （1）農(nóng)藥（）農(nóng)藥（2）染料（）染料（3）涂料（包括油漆和油）涂料（包括油漆和油 墨）（墨）（4）顏料（）顏料（5）試劑和高純物質(zhì)（）試劑和高純物質(zhì)（6）信）信 息用化學(xué)品（包括感光材料、磁性材料等能息用化學(xué)品（包括感光材料、磁性材料等能 接受電磁波的化學(xué)品）（接受電磁波的化學(xué)品）（7）食品和飼料添加）食品和飼料添加 劑（劑（8）粘合劑（）粘合劑（9）催化劑和各種助劑）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）（化工系統(tǒng)生產(chǎn)的）化學(xué)藥品（原料 藥）和日用化學(xué)品（藥）和日用化學(xué)品（11）高分子聚合物中的）

17、高分子聚合物中的 功能高分子材料。功能高分子材料。 精細化工的分類 日本在1965年為17個門類，到了1981年共涉 及34個門類，它們是醫(yī)藥、獸藥、染料、涂料 、有機顏料、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、精細陶瓷、功能樹 脂、生命體化學(xué)品和化學(xué)促進生命物質(zhì)等。 精細化工的特點 （1）技術(shù)密集度高，精細化工產(chǎn)品的開發(fā)涉及到各）技術(shù)密集度高，精細化工產(chǎn)品的開發(fā)涉及到各

18、 種化學(xué)、物理、生理、技術(shù)、經(jīng)濟等諸多方面的學(xué)種化學(xué)、物理、生理、技術(shù)、經(jīng)濟等諸多方面的學(xué) 科，因此，必然集中了這些學(xué)科的各種技術(shù)。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。）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）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，銷售利潤高，附加值產(chǎn)工藝，具有技術(shù)壟斷性強，銷售利潤高，附加值 高的特點。高的特點。 （4）商品性強，市場競爭激烈。）商品性強，市場競爭激烈。 精細化工的原料 精細化工品的原料精細化工品的原料 ： 煤煤 石油石油 天然氣

19、天然氣 農(nóng)副產(chǎn)品農(nóng)副產(chǎn)品 傳統(tǒng)精細化工傳統(tǒng)精細化工-染料染料 染料染料 ： 染料是能將纖維或其他被染物染成其染料是能將纖維或其他被染物染成其 他顏色的有機化合物。染料分子中常含有發(fā)他顏色的有機化合物。染料分子中常含有發(fā) 色團（如：偶氮基、硝基、羰基等）和助色色團（如：偶氮基、硝基、羰基等）和助色 團（如：氨基、羥基、甲基、磺酸基等），團（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)射一定當(dāng)光線射入后發(fā)生選擇性吸收，并發(fā)射一定 波長的光線，從而顯示出顏色。有些基團還波長的光線，從而顯示出顏色。有些基團還 能與纖維起到化學(xué)結(jié)合的作用，增加染料與能與纖維起到化學(xué)結(jié)合的作用，增

20、加染料與 纖維的結(jié)合能力。纖維的結(jié)合能力。 染料染料 分類方法：分類方法：（1）按反應(yīng)方法和應(yīng)用性）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、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、硫化酸性染料、堿性染料、直線染料、硫化 染料等幾大類。（染料等幾大類。（2）根據(jù)染料分子中所）根據(jù)染料分子中所 含基本結(jié)構(gòu)或基團分類，有偶氮染料、含基本結(jié)構(gòu)或基團分類，有偶氮染料、 蒽醌染料、酞菁染料、噻唑染料、三芳蒽醌染料、酞菁染料、噻唑染料、三芳 甲烷染料、甲川染料等。甲烷染料、甲川染料等。 染料生產(chǎn)工藝舉例染料生產(chǎn)工藝舉例 染料生產(chǎn)舉例： 涂料涂料 涂料涂料是一種流動狀態(tài)

21、或粉末狀態(tài)的有機物是一種流動狀態(tài)或粉末狀態(tài)的有機物 質(zhì)，將它涂覆在物質(zhì)的表面，可以得到一層質(zhì)，將它涂覆在物質(zhì)的表面，可以得到一層 致密堅韌的涂膜，對材料起到裝飾和保護等致密堅韌的涂膜，對材料起到裝飾和保護等 作用。作用。 如果按劑型如果按劑型分類分類，重要的涂料有溶劑性涂，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 ，可以分為天然樹脂涂料和合成樹脂涂料兩，可以分為天然樹脂涂料和合成樹脂涂料兩 大類。大類。 涂料生產(chǎn)工藝舉例 舉例：雙酚A樹脂 、環(huán)氧氯丙烷 CH2CH O CH2OC CH3 CH3 OCH2CH OH n OCH2C CH

22、3 CH3 O CH2CH O CH2 香料及香精香料及香精 香料香料是能夠散發(fā)香味的揮發(fā)性物質(zhì)。香是能夠散發(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)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。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。香料也存在于動物木中，稱為植物香料。香料也存在于動物 的腺囊中，如麝香、靈貓香、龍涎香、海的腺囊中，如麝香、靈貓香、龍涎香、海 貍香，稱為動物香料。貍香，稱為動物香料。 香料及香精香料及香精 香料按化學(xué)結(jié)構(gòu)、官能團的特征分類香料按化學(xué)結(jié)構(gòu)、官能團的特征分類 ： （1）醇類香料，（）醇類香料，（2）羥酸類香料；（）羥酸類香料；（3） 酯類香料；（酯類香料；（4）醛類香料；（）醛類香料；（5）酮類香）酮類香 料；（料；（6）酚類和醚類香料；（）酚類和醚類香料；（7）麝香類香）麝香類香 料；（料；（8）烴類等。）烴類等。