4-綠色材料-2008

1、2021-6-141第四講第四講 綠色材料綠色材料主講：任主講：任 皞皞2021-6-142 Contents概述概述4.1玻璃玻璃4.2橡膠橡膠4.3塑料、纖維、復合材料塑料、纖維、復合材料4.4展望展望4.52021-6-143概述 1-3新材料人類文明發(fā)展的物質基礎 2-4新材料人類文明發(fā)展的物質基礎2021-6-144材料材料金屬材料金屬材料非金屬材料非金屬材料復合材料復合材料無機非金屬材料無機非金屬材料有機非金屬材料有機非金屬材料傳統(tǒng)材料傳統(tǒng)材料新型材料新型材料天然材料天然材料合成材料合成材料材料的分類：材料的分類：5-1荷蘭新型材料打造綠色飛機6-1荷蘭新型材料打造“綠色飛機”-荷

2、蘭 新型材料2021-6-145 人類使用玻璃的歷史非常久遠。在人類使用玻璃的歷史非常久遠。在有有5000多年歷史的遺跡里，人們已經發(fā)多年歷史的遺跡里，人們已經發(fā)現(xiàn)了玻璃的器具。這種用現(xiàn)了玻璃的器具。這種用石英砂、石灰石英砂、石灰石等混合提煉而成的透明物體石等混合提煉而成的透明物體，可以制，可以制成門窗、燈泡、器皿、鏡子等日常物品。成門窗、燈泡、器皿、鏡子等日常物品。玻璃玻璃2021-6-146 玻璃玻璃具有較高的化學穩(wěn)定性，耐大氣、水具有較高的化學穩(wěn)定性，耐大氣、水酸、堿的侵蝕，且無毒性，同時可回收利用，酸、堿的侵蝕，且無毒性，同時可回收利用，一般對環(huán)境污染比較小。一般對環(huán)境污染比較小。在在

3、20世紀，自非洲世紀，自非洲某國王子長期使用鉛釉的陶瓷杯產生鉛中毒某國王子長期使用鉛釉的陶瓷杯產生鉛中毒后，進而又發(fā)現(xiàn)搪瓷色釉中溶出對人類有害后，進而又發(fā)現(xiàn)搪瓷色釉中溶出對人類有害的鉛、鎘物質的情況，的鉛、鎘物質的情況，而陶瓷釉和搪瓷色釉而陶瓷釉和搪瓷色釉的基礎成分均為低熔玻璃，于是引起公眾對的基礎成分均為低熔玻璃，于是引起公眾對玻璃中有毒物質溶出的關注，發(fā)達國家紛紛玻璃中有毒物質溶出的關注，發(fā)達國家紛紛制定了限制陶瓷釉中鉛溶出量的規(guī)定，制定了限制陶瓷釉中鉛溶出量的規(guī)定，4.1 玻璃概述玻璃概述2021-6-147 有些國家參照此規(guī)定來檢測玻璃餐具中有些國家參照此規(guī)定來檢測玻璃餐具中鉛的溶出量

4、。鉛的溶出量。 1972年年2月日本報紙上刊載了用鉛晶質玻月日本報紙上刊載了用鉛晶質玻璃瓶裝威士忌酒，保存璃瓶裝威士忌酒，保存5年后，從酒中檢測了年后，從酒中檢測了0.051.210-6 的鉛，于是玻璃中溶出有害的鉛，于是玻璃中溶出有害物質便在日本作為問題提出。近年來，我國物質便在日本作為問題提出。近年來，我國用含鉛的晶質玻璃裝名酒出口時，國外也在用含鉛的晶質玻璃裝名酒出口時，國外也在酒中測定出鉛。因此玻璃中有害物質的溶出酒中測定出鉛。因此玻璃中有害物質的溶出量的研究已由安瓿瓶、保溫瓶的脫片，擴大量的研究已由安瓿瓶、保溫瓶的脫片，擴大到食具、酒具、水具等玻璃制品方面。到食具、酒具、水具等玻璃制

5、品方面。 2021-6-1484.1.2 玻璃的污染玻璃的污染 玻璃的污染分為：玻璃本身的污染和玻璃的污染分為：玻璃本身的污染和玻璃生產過程對環(huán)境的污染。玻璃生產過程對環(huán)境的污染。 4.1.2.1玻璃本身的有害物質玻璃本身的有害物質 基礎玻璃成分無毒，但可溶出有害物基礎玻璃成分無毒，但可溶出有害物質，當用這類玻璃容器盛裝食品時，溶出質，當用這類玻璃容器盛裝食品時，溶出的鉛、砷等有害元素將隨食品進入人體。的鉛、砷等有害元素將隨食品進入人體。環(huán)境中的廢玻璃溶出的有害元素，則會污環(huán)境中的廢玻璃溶出的有害元素，則會污染水源和土壤，使食物鏈受污染。染水源和土壤，使食物鏈受污染。2021-6-149基礎玻

6、璃成分基礎玻璃成分 基礎玻璃成分無毒，基礎玻璃成分無毒，但含有放但含有放射性物質的添加劑，射性物質的添加劑，如發(fā)光的稀土如發(fā)光的稀土元素同位素。元素同位素。 基礎玻璃成分有毒基礎玻璃成分有毒，如硫、硒、，如硫、硒、碲玻璃，砷酸鹽玻璃，鉈玻璃，鈹碲玻璃，砷酸鹽玻璃，鉈玻璃，鈹玻璃等。玻璃等。 2021-6-14104.1.2.2玻璃工業(yè)的污染玻璃工業(yè)的污染 色彩斑爛的玻璃制品給人以賞心悅目色彩斑爛的玻璃制品給人以賞心悅目的感覺，為我們生活增添了不少的情趣的感覺，為我們生活增添了不少的情趣 ?？墒牵谶@個五彩繽紛的玻璃世界中，卻可是，在這個五彩繽紛的玻璃世界中，卻包含著有害的甚至劇毒的元素，包含著

7、有害的甚至劇毒的元素，如鉛、鉻、如鉛、鉻、鎘、鎳、銅、錳等重金屬，以及砷、氟鎘、鎳、銅、錳等重金屬，以及砷、氟 、氯、硫等非金屬。氯、硫等非金屬。在工業(yè)生產過程中，這在工業(yè)生產過程中，這些元素會釋放、氣化，污染大氣、水源，些元素會釋放、氣化，污染大氣、水源，以致對人類造成傷害以致對人類造成傷害 。2021-6-14114.1.2.3 大氣污染大氣污染 構成普通玻璃構成普通玻璃各種鮮艷顏色各種鮮艷顏色的重的重金屬氧化物、硫化物或硫酸鹽、鉻酸金屬氧化物、硫化物或硫酸鹽、鉻酸鹽，特種玻璃使用的硫化砷、硒化砷、鹽，特種玻璃使用的硫化砷、硒化砷、氧化鉈、氧化鈹在高溫熔化時，產生氧化鉈、氧化鈹在高溫熔化時

8、，產生的有毒氣體的有毒氣體SO2、NO2、 CO、HF等，等，少量氣化進而污染大氣。少量氣化進而污染大氣。 2021-6-1412 燃料產生的廢氣燃料產生的廢氣CO2、CO、硫氧、硫氧化物等的污染?；锏鹊奈廴?。 據統(tǒng)計我國據統(tǒng)計我國1995年年SO2排放量為排放量為1396萬噸，萬噸，2000年約為年約為3800萬噸。萬噸。SO2不僅對人體有害，而且可產生酸不僅對人體有害，而且可產生酸雨。由于雨。由于SO2的污染，我國每年經濟的污染，我國每年經濟損失高達損失高達1100億元。億元。 2021-6-1413 原料粉塵及玻璃加工粉塵的污染，原料粉塵及玻璃加工粉塵的污染，是造成工人硅沉著病（硅肺）

9、的罪魁禍是造成工人硅沉著?。ü璺危┑淖锟準住Ｊ?。 我國硅沉著病發(fā)病率很高。據我國硅沉著病發(fā)病率很高。據2000年年1月份統(tǒng)計，我國硅沉著病病人累計達月份統(tǒng)計，我國硅沉著病病人累計達55萬人，占全世界的萬人，占全世界的1/2，并以每年，并以每年1.52.0萬的速度增長，其中已死亡的萬的速度增長，其中已死亡的為為13萬人。萬人。 2021-6-14144.1.2.4 水源污染水源污染 含磨料與拋光劑的廢水含磨料與拋光劑的廢水 含洗滌劑的廢水含洗滌劑的廢水 含含HF、H2SO4、HCl、酚的廢水、酚的廢水 含重金屬的廢水含重金屬的廢水 2021-6-14154.1.2.5 噪聲污染噪聲污染 玻璃工

10、業(yè)的噪聲除各種動力設玻璃工業(yè)的噪聲除各種動力設備及機械噪聲外，還有摔碎玻璃產備及機械噪聲外，還有摔碎玻璃產生的特有噪聲，它比車間內的其他生的特有噪聲，它比車間內的其他噪聲高噪聲高1520分貝。分貝。 2021-6-14164.1.3 玻璃工業(yè)的清潔生產玻璃工業(yè)的清潔生產 4.1.3.1 采用毒性小、揮發(fā)性低的原料采用毒性小、揮發(fā)性低的原料 * 鉛玻璃以鉛玻璃以硅酸鉛硅酸鉛代替代替紅丹（紅丹（Pb3O4）和）和黃丹黃丹（PbO），），可把鉛的揮發(fā)量從可把鉛的揮發(fā)量從20%降至降至5%。 * 磷酸鹽玻璃在磷酸鹽玻璃在P2O5量不高且含有量不高且含有CaO時，以時，以磷礦石或磷酸鈣磷礦石或磷酸鈣代替

11、代替磷酸二氫銨和磷酸氫二磷酸二氫銨和磷酸氫二銨銨，以減少磷的揮發(fā)。，以減少磷的揮發(fā)。 * 以以冰晶石冰晶石代替代替硅氟酸鈉硅氟酸鈉，F(xiàn)揮發(fā)量從揮發(fā)量從30%40%降至降至10%20%。 2021-6-14174.1.4 玻璃制品的玻璃制品的綠色化綠色化 4.1.4.1 優(yōu)化玻璃的化學成分優(yōu)化玻璃的化學成分 為了避免或減少玻璃容器中有害物為了避免或減少玻璃容器中有害物質的溶出，首先必須優(yōu)化玻璃的化學成質的溶出，首先必須優(yōu)化玻璃的化學成分。分。 在鉛玻璃中加入一定數量的在鉛玻璃中加入一定數量的Al2O3并用并用 Na2O代替代替K2O可減少鉛的溶出量，可減少鉛的溶出量，或者用或者用BaO、 ZnO

12、、TiO2代替代替PbO制晶制晶質玻璃。質玻璃。 2021-6-1418 氧化砷在玻璃的制造中用作澄清氧化砷在玻璃的制造中用作澄清劑，但其毒性較大。用砷酸鈉代替氧劑，但其毒性較大。用砷酸鈉代替氧化砷?；?。 目前國內的復合澄清劑為銻、砷、目前國內的復合澄清劑為銻、砷、鈰的氧化物配合而成，毒性較小。鈰的氧化物配合而成，毒性較小。 2021-6-14194.1.4.3 生態(tài)環(huán)境玻璃生態(tài)環(huán)境玻璃 (1) 定義定義 : 生態(tài)環(huán)境玻璃材料生態(tài)環(huán)境玻璃材料是指具有良好的使用是指具有良好的使用性能或功能，對資源能源消耗少、對生態(tài)環(huán)性能或功能，對資源能源消耗少、對生態(tài)環(huán)境污小，再生利用率高或可降解與循環(huán)利用，

13、境污小，再生利用率高或可降解與循環(huán)利用，在制備、使用、廢棄直到再生利用的整個過在制備、使用、廢棄直到再生利用的整個過程與環(huán)境協(xié)調共存的玻璃材料。也稱其為光程與環(huán)境協(xié)調共存的玻璃材料。也稱其為光催化降解生態(tài)環(huán)境玻璃材料，或簡稱為光化催化降解生態(tài)環(huán)境玻璃材料，或簡稱為光化解環(huán)境玻璃。解環(huán)境玻璃。 2021-6-1420(2)功能功能 降解大氣中由于工業(yè)廢氣和汽車尾氣的污染降解大氣中由于工業(yè)廢氣和汽車尾氣的污染和有機污染物，室內裝飾材料放出的甲醛和和有機污染物，室內裝飾材料放出的甲醛和生活環(huán)境中產生的甲硫醇、硫化氫、氨氣等生活環(huán)境中產生的甲硫醇、硫化氫、氨氣等污染物。污染物。 降解積聚在玻璃表面的液

14、態(tài)有機物，如各種降解積聚在玻璃表面的液態(tài)有機物，如各種食用油、抽油煙機產生的焦油等。食用油、抽油煙機產生的焦油等。 抑制和殺滅環(huán)境中的微生物，起抗菌、殺菌抑制和殺滅環(huán)境中的微生物，起抗菌、殺菌和防霉的作用。和防霉的作用。2021-6-1421 玻璃表面呈超親水性，對水完全潤濕，玻璃表面呈超親水性，對水完全潤濕，可以隔離玻璃表面與吸附的灰塵、有機可以隔離玻璃表面與吸附的灰塵、有機物，使這些吸附物不易與玻璃表面結合，物，使這些吸附物不易與玻璃表面結合，在外界風力、雨水淋和水沖洗等外力和在外界風力、雨水淋和水沖洗等外力和吸附物自重的推動下，灰塵和油膩自動吸附物自重的推動下，灰塵和油膩自動地從玻璃表面

15、剝離，達到去污和自潔的地從玻璃表面剝離，達到去污和自潔的要求。要求。 2021-6-14224.1.5 展望展望 隨著對綠色玻璃研究的深入，一隨著對綠色玻璃研究的深入，一定會出現(xiàn)更多更好的玻璃。同時，開定會出現(xiàn)更多更好的玻璃。同時，開發(fā)各種環(huán)境相容性新材料及綠色產品，發(fā)各種環(huán)境相容性新材料及綠色產品，研究降低材料環(huán)境負擔的新工藝、新研究降低材料環(huán)境負擔的新工藝、新技術和新方法等方面將成為技術和新方法等方面將成為21世紀材世紀材料科學與技術發(fā)展的一個主導方向。料科學與技術發(fā)展的一個主導方向。 2021-6-1423 橡膠具有伸縮的特性，當我們橡膠具有伸縮的特性，當我們輕輕一拉再放松，會迅速恢復原

16、來輕輕一拉再放松，會迅速恢復原來的形狀。橡膠分為天然橡膠和合成的形狀。橡膠分為天然橡膠和合成橡膠，天然橡膠由橡膠樹汁液制成，橡膠，天然橡膠由橡膠樹汁液制成，合成橡膠則由石油提煉而成。日常合成橡膠則由石油提煉而成。日常生活中的許多物品，如汽車輪胎等，生活中的許多物品，如汽車輪胎等，都是由橡膠制成的。都是由橡膠制成的。4.3 橡膠橡膠2021-6-1424 4.3.1 4.3.1概述概述 “八五八五”期間期間，我國橡膠工業(yè)實現(xiàn)了穩(wěn)定、協(xié)調的增，我國橡膠工業(yè)實現(xiàn)了穩(wěn)定、協(xié)調的增長，全行業(yè)累計工業(yè)生產值為長，全行業(yè)累計工業(yè)生產值為18921892億元億元, ,年平均增長年平均增長速度為速度為8.67%

17、8.67%；19951995年工業(yè)總產值占化工行業(yè)的年工業(yè)總產值占化工行業(yè)的10%10%，利稅占利稅占12.7%12.7%，年耗膠量和輪胎產量在全世界名列第，年耗膠量和輪胎產量在全世界名列第三。三?！熬盼寰盼濉逼陂g期間，我國橡膠工業(yè)仍保持穩(wěn)定、適度的增，我國橡膠工業(yè)仍保持穩(wěn)定、適度的增長，平均年增長率為長，平均年增長率為8%8%。在新技術、新產品的自主。在新技術、新產品的自主開發(fā)能力方面正在形成新的增長點，特別是子午線開發(fā)能力方面正在形成新的增長點，特別是子午線輪胎、難燃及高強力輸送帶以及為汽車、家電、電輪胎、難燃及高強力輸送帶以及為汽車、家電、電子配套的橡膠制品。子配套的橡膠制品。 2021

18、-6-1425 廢橡膠是僅次于廢塑料的一種廢橡膠是僅次于廢塑料的一種固體高分子材料廢棄物，其來源主固體高分子材料廢棄物，其來源主要是廢橡膠制品，即報廢的輪胎、要是廢橡膠制品，即報廢的輪胎、人力車胎、膠管、膠帶、膠鞋、工人力車胎、膠管、膠帶、膠鞋、工業(yè)雜品等。如按同期產生的廢舊橡業(yè)雜品等。如按同期產生的廢舊橡膠約為其產量的膠約為其產量的30%40%推算，推算，我國每年的廢舊橡膠量也近百萬噸，我國每年的廢舊橡膠量也近百萬噸，故應設法處理、回收利用、再資源故應設法處理、回收利用、再資源化。隨著橡膠產量的增長，環(huán)境?；?。隨著橡膠產量的增長，環(huán)境保護工作越來越受到人們的重視，包護工作越來越受到人們的重視

19、，包括生產過程的改進、三廢處理以及括生產過程的改進、三廢處理以及廢膠的利用等。廢膠的利用等。 視頻 4-12輪胎再生的故事0512042021-6-14264.3.2 合成橡膠工業(yè)的綠色化合成橡膠工業(yè)的綠色化 4.3.2.1 工藝改革工藝改革 一些高效催化劑的誕生，使橡膠合一些高效催化劑的誕生，使橡膠合成技術由原來的溶液聚合流程簡化為氣成技術由原來的溶液聚合流程簡化為氣相聚合相聚合。新工藝提高催化劑的效率，并。新工藝提高催化劑的效率，并且殘留于聚合物中的催化劑不影響橡膠且殘留于聚合物中的催化劑不影響橡膠的質量；不用溶劑，省去脫除催化劑、的質量；不用溶劑，省去脫除催化劑、脫除溶劑及溶劑回收工序，

20、使流程大大脫除溶劑及溶劑回收工序，使流程大大簡化。因此，減少了對環(huán)境的污染。簡化。因此，減少了對環(huán)境的污染。2021-6-14274.3.2.3 廢舊橡膠的回收利用廢舊橡膠的回收利用 廢舊橡膠的回收利用有以下 幾個方面： * 原形及改制利用原形及改制利用如輪胎翻修、制作人工魚礁、道路墊和水土保持材料及救生圈等，此法耗費的能源和人工費較少，而又使廢橡膠得到了物盡其用，是一種非常有價值的利用方法。在我國，廢橡膠的直接利用量占總量的30% 以上。 * 熱分解利用熱分解利用將廢橡膠熱分解，利用其產生的煤氣、油料及碳黑等，但此法存在設備、 操作費用高等問題。 2021-6-1428* 再生橡膠再生橡膠將

21、廢橡膠脫硫后制成再生膠并摻入橡膠制品中，可降低成本。傳統(tǒng)的再生方法有油法、水油法，其缺點是生產效率低，性能差，能耗大，污染環(huán)境。目前國外大都以生產廢膠粉為再生利用的主要手段，而以生產再生膠為輔。 * 膠粉膠粉廢橡膠粉碎成膠粉，不僅可以摻入膠料代替部分生膠,而且能與瀝青很好地混合,廣泛用于公路建設和房屋建筑。另外，膠粉可用于改性塑料，精細膠粉還能用于涂料、油漆和粘合劑的制造。2021-6-14294.4 塑料、纖維和橡膠塑料、纖維和橡膠2021-6-14301 1、塑料、塑料熱塑性塑料熱塑性塑料( (聚乙烯聚乙烯, , 聚氯乙烯聚氯乙烯, , 聚丙烯等聚丙烯等) )塑料塑料熱固性塑料（酚醛塑料）

22、熱固性塑料（酚醛塑料）特性：特性：受熱時軟化并可熔化成流動的液受熱時軟化并可熔化成流動的液體，冷卻后變成固體，加熱后又熔化，體，冷卻后變成固體，加熱后又熔化，可反復加工，多次使用可反復加工，多次使用特性：特性：在制造過程中受熱時能變軟塑成一在制造過程中受熱時能變軟塑成一定的形狀，但加工成型后就不會受熱熔化定的形狀，但加工成型后就不會受熱熔化 主要成分主要成分: : 樹脂及增塑劑、防老化劑樹脂及增塑劑、防老化劑塑料是相對分子質量很大的聚合物，往往由小分塑料是相對分子質量很大的聚合物，往往由小分子的帶有不飽和鍵有機物（單體）聚合而成子的帶有不飽和鍵有機物（單體）聚合而成2021-6-1431熱塑性

23、塑料固態(tài)時的線型結構熱塑性塑料固態(tài)時的線型結構熱固性塑料硬化后的體型網狀結構熱固性塑料硬化后的體型網狀結構熱固性塑料熱固性塑料再次受熱時，再次受熱時，鏈與鏈間會形成共價鍵，鏈與鏈間會形成共價鍵，產生一些交聯(lián)，形成體型產生一些交聯(lián)，形成體型網狀結構網狀結構，硬化定型，硬化定型為什么兩種塑料的特性不同呢為什么兩種塑料的特性不同呢? ?熱塑性塑料熱塑性塑料具有長鏈狀具有長鏈狀的的線型結構線型結構。受熱時，受熱時，分子間作用力減弱，易分子間作用力減弱，易滑動；冷卻時，相互引滑動；冷卻時，相互引力增強，會重新硬化力增強，會重新硬化2021-6-1432 塑料中的原子是以共價鍵形成的，沒有塑料中的原子是以

24、共價鍵形成的，沒有自由移動的離子。因此，在一般情況下塑料自由移動的離子。因此，在一般情況下塑料不易導電，是良好的電絕緣材料。不易導電，是良好的電絕緣材料。閱讀：閱讀：“科學視野科學視野導電聚合物導電聚合物” 從科學視野我們可以知道，從科學視野我們可以知道，塑料的電絕緣性是相對的塑料的電絕緣性是相對的，導電，導電聚合物的應用前景十分廣闊，科聚合物的應用前景十分廣闊，科學的發(fā)展是無止境的。學的發(fā)展是無止境的。學與問學與問從塑料的結構分析從塑料的結構分析, 塑料在一般情況下會導電嗎塑料在一般情況下會導電嗎?了解了解: :常見塑料的化學成分、性質和用途常見塑料的化學成分、性質和用途2021-6-143

25、32、纖維和橡膠科學探究：幾種纖維的性質實驗科學探究：幾種纖維的性質實驗灼燒情況灼燒情況受酸溶液受酸溶液的影響的影響受堿溶液受堿溶液的影響的影響純棉純棉燒后呈粉狀，燒后呈粉狀，無異味無異味輕微輕微輕微輕微羊毛羊毛燒焦羽毛氣味，灰燒焦羽毛氣味，灰燼為黑色小顆粒燼為黑色小顆粒受腐蝕受腐蝕部分溶解部分溶解尼龍布尼龍布接近火焰時迅速卷接近火焰時迅速卷縮，趁熱可拉成絲，縮，趁熱可拉成絲，燒后不易破碎燒后不易破碎幾乎不變幾乎不變幾乎不變幾乎不變2021-6-1434天然纖維：天然纖維：如棉花、羊毛、蠶絲和麻等如棉花、羊毛、蠶絲和麻等纖維纖維合成纖維：合成纖維：如腈綸如腈綸(人造羊毛人造羊毛) 、錦綸、錦綸

26、(尼龍尼龍)、維綸、氯綸、滌綸、維綸、氯綸、滌綸(的確良的確良)和丙綸等和丙綸等“六大綸六大綸” 合成纖維具有合成纖維具有優(yōu)良的性能優(yōu)良的性能：如：如強度高、彈性好、耐磨、耐化強度高、彈性好、耐磨、耐化學腐蝕和不怕蟲蛀學腐蝕和不怕蟲蛀等。等。 纖纖 維維2021-6-1435橡橡 膠膠 橡膠橡膠是制造飛機、汽車和醫(yī)療器械是制造飛機、汽車和醫(yī)療器械等所必需的材料，是重要的戰(zhàn)略物資。等所必需的材料，是重要的戰(zhàn)略物資。1、天然橡膠天然橡膠的化學組的化學組成是成是聚異戊二烯聚異戊二烯：2、合成橡膠分為、合成橡膠分為通用橡膠通用橡膠和和特種橡膠特種橡膠通用橡膠：通用橡膠：如丁苯橡膠、順丁橡如丁苯橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠等。膠、氯丁橡膠等。特種橡膠：特種橡膠：如耐熱和耐酸堿的如耐熱和耐酸堿的氟氟橡膠