材料概論(周達飛)(二版)-第3-1章

材料概論原材料的選用與合成

制備工藝過程與方法第三章材料的制備方法3.1原材料的選用與合成3.2制備工藝過程與方法3.1原材料的選用與合成

需考慮化學組成、純度、顆粒度等，以及成本和對環(huán)境的影響。一般可將材料領(lǐng)域的原材料分為:第三章材料的制備方法天然原料：天然的礦物or巖石與動植物原料(雜質(zhì)較多，價廉)。分為：天然礦物原料和天然高分子化合物?；ぴ?人工合成原料)：采用化學or物理方法將天然原料進行富集、提純、加工后得到(純度較高，價也較高)。又可分為：無機化工原料&有機合成原料。3.1.1天然礦物原料

第三章材料的制備方法金屬礦物→冶煉金屬：如鐵礦石、鋁土礦、方鉛礦、黃銅礦等硅酸鹽礦物→玻璃、陶瓷、水泥等主原料：石英砂、粘土、長石、石灰石等；石油、天然氣、煤、電石及某些農(nóng)副產(chǎn)品等：合成高分子化合物的基本原料煤和石油產(chǎn)品→冶金和無機材料生產(chǎn)中的燃料。礦石礦物：有開采利用價值的礦物，其集合體稱礦石；脈石礦物：與礦石礦物相伴生的無用礦物，組成脈石。按用途可分為：金屬礦、非金屬礦和燃料礦。第三章材料的制備方法礦物不是孤立地存在于地殼中，往往是幾種礦物共同產(chǎn)生在一個礦床中。共生組合：指同一成因、同一成礦期的礦物組合。1.礦石的開采和還原

B.礦石原料的開采和選別第三章材料的制備方法現(xiàn)代冶金工業(yè)對提取金屬的原料提出了一定的要求，如銅的品位≮10%，鉛≮40%，鋅≮40%，錫≮45

50%。如此高品位的礦石不多，∴必須進行選礦。無機材料工業(yè)中，通過選礦達到除去石英砂、粘土等礦物中的含鐵等雜質(zhì)。選礦的基本任務(wù)有三個方面：

第三章材料的制備方法①富集礦石中的有用礦物或金屬

其品位，并與脈石分開，

有害雜質(zhì)礦物→冶煉的需要。②把共生在礦石中的有用礦物或金屬分選出來。③使尾礦中的有用礦物or金屬%→最小，

回收率。圖3-1

選礦流程示意圖

礦石

破碎(粒度達到30

5mm)

粉碎(磨礦)(粒度達到1

0.074mm)

選別中礦

精礦

尾礦

濃縮

廢棄

濃縮精礦

溢流過濾濾餅

濾液

干燥精礦產(chǎn)品重選法、浮選法和磁選法，及手選和電選法等，都是不改變礦物物化性質(zhì)的機械選礦法?；瘜W選礦：可與機械選礦法聯(lián)合使用，處理成分復雜的難選礦石，即采用草酸、硫酸和鹽酸的酸處理。第三章材料的制備方法選礦的原理根據(jù)礦石的物理化學性質(zhì)的不同，如利用不同密度(重力分離法)、不同磁性(鐵礦石)、在酸液、堿液中不同的溶解度(銅、貴金屬、鋁礬土)、在有機溶液中不同的潤濕特性等，將有用礦物和脈石礦物分離。常用的選礦方法：A.粘土類原料

1種疏松的or呈膠狀致密的水鋁硅酸鹽礦物，種類多，是多種微細礦物和雜質(zhì)的混合物，多數(shù)粒徑＜2

m。主要成分：SiO2、Al2O3及H2O。2硅酸鹽礦物原料普通陶瓷的最主要原料(用量最多)，常用的有：高嶺石類粘土、蒙脫石類粘土和伊利石類粘土。耐火粘土→耐火材料的原料。水泥生產(chǎn)中的粘土質(zhì)原料有：黃土、粘土、頁巖、泥巖、粉砂巖及灰泥等。B.石英類原料

石英是自然界中分布很廣泛的礦物，主要是SiO2，在地殼中的豐度約為60%。少量雜質(zhì)為Al2O3、CaO、MgO、TiO2等。石英呈多種狀態(tài)，水晶最純，產(chǎn)量很少。陶瓷生產(chǎn)中較多采用：脈石英、砂巖、石英砂、硅藻土、燧石、硅石等。玻璃生產(chǎn)中常用：硅砂(石英砂)和砂巖。第三章材料的制備方法玻璃和陶瓷工業(yè)中常用：鉀長石、鈉長石。作為長石的代用品，常用的有以下幾種礦物：

偉晶花崗巖、霞石正長巖、酸性玻璃熔巖、含鋰礦物(鋰云母、鋰輝石等)。C.長石類原料

不含水的堿or堿土金屬鋁硅酸鹽，有4種基本類型：R2O

Al2O3

6SiO2(R=K,Na)、RO

Al2O3

2SiO2(R=Ca,Ba)。前3種居多，鋇長石較少，彼此可按一定的混溶規(guī)律形成固溶體。第三章材料的制備方法D.碳酸鹽類原料

無機材料中引入CaO和MgO所常用的天然原料。

第三章材料的制備方法白云石：CaCO3/MgCO3的固溶體，含F(xiàn)e、Mn等雜質(zhì)。能

陶瓷坯體的T燒成，

坯體的透明度，

石英的熔解及莫來石的生成，也是瓷釉的重要原料。方解石(CaCO3)：含鎂、鐵、錳、鋅等雜質(zhì)。屬此組成還包括冰洲石、石灰石、石筍、鐘乳石、白堊、大理石、霞石等。在陶瓷坯料中于分解前起瘠化作用，分解后起熔劑作用，也是高溫釉的重要原料。菱鎂礦(MgCO3)：含鐵、鈣、錳等雜質(zhì)。生產(chǎn)鎂質(zhì)耐火材料、鎂質(zhì)瓷、鎂質(zhì)精陶等。石灰?guī)r：由CaCO3組成的化學與生物化學沉積巖，主礦物是方解石，并含白云石、硅質(zhì)(石英或燧石)、含鐵礦物和粘土質(zhì)雜質(zhì)。生產(chǎn)石灰、碳酸鹽和鈣鹽的主原料。石灰石和白云石也是冶煉鋼鐵時所用的堿性熔劑。泥灰?guī)r：由CaCO3和粘土物質(zhì)同時沉積所形成的均勻混合的沉積巖。白堊和貝殼：白堊是由海生生物外殼與貝殼堆積成的，主要由隱晶or無定形細粒疏松的CaCO3所組成的石灰?guī)r。第三章材料的制備方法E.其他原料

滑石(3MgO?4SiO2?H2O)和蛇紋石(3MgO?2SiO2?2H2O)均為含水硅酸鎂礦物。是鎂質(zhì)瓷、釉面磚、地磚、炻器、耐酸陶器、匣缽、耐火材料等常用原料。硅灰石(CaO?SiO2)：偏硅酸鈣類礦物，不含有機物質(zhì)、吸附水及結(jié)晶水,干燥和燒成收縮都小(＜0.5%)，

較小,便于快速燒成；有助熔作用,可

坯體T燒成。透輝石(CaO?MgO?2SiO2):偏硅酸鈣鎂,1種新型陶瓷原料,與硅灰石相似,可作助熔劑也可作主原料?！吆F,∴生產(chǎn)白色陶瓷時,需控制和精選。透閃石(2CaO?5MgO?4SiO2?H2O):含水的鈣鎂硅酸鹽礦物。陶瓷中的應用與硅灰石、透輝石相似，常作釉面磚主要原料。第三章材料的制備方法骨灰和磷灰石：鈣的磷酸鹽，主要用于骨灰瓷，也可用作玻璃的乳濁劑。骨灰的主成分是羥基磷灰石[Ca10(PO4)6(OH)2]，含少量氟化鈣、碳酸鈣、磷酸鎂。磷灰石是天然磷酸鈣礦物，Ca5[PO4]3(F,Cl,OH)，常見的有氟(居多)和氯磷灰石，及羥和碳酸磷灰石等。螢石(CaF2)：氟石，為無色、白色、淺綠等。在新型陶瓷和冶煉鋼鐵過程中主要用作助熔劑，玻璃生產(chǎn)中作為乳濁劑。A.粉煤灰：火電廠排出的灰燼，由石英和莫來石結(jié)晶體、玻璃體、赤鐵礦(Fe2O3)和磁鐵礦(Fe3O4)，及少量未燃炭粒組成?；瘜W成分≈較大，40%

65%SiO2、15%

40%Al2O3、4%

20%Fe2O3、2%

7%CaO和3%

10%未燃的炭。我國年排出量＞幾千萬噸，主要用做水泥的組分材料。3.工業(yè)廢渣的利用第三章材料的制備方法廢渣和廢料——工業(yè)生產(chǎn)及礦山開發(fā)中不可避免的產(chǎn)物，量大處理難，且污染環(huán)境?！嗪苤匾暰C合利用→變廢為寶。廢渣的儲存量在不斷

，20世紀80年代初我國的廢渣年排放量已達～3億噸。主要包括：B.煤矸石：夾在煤層間的脈石，是碳質(zhì)頁巖、碳質(zhì)灰?guī)r等含碳巖石和頁巖、砂巖等的混合物。成分隨巖石種類和礦物組成而變，粘土巖類煤矸石含40

60%SiO2，15

30%Al2O3，砂巖類煤矸石SiO2~70%，鋁質(zhì)巖類Al2O3~40%，碳酸鹽煤矸石CaO~30%。

第三章材料的制備方法C.石煤：低炭煤，組成性質(zhì)與泥煤、褐煤、煙煤、無煙煤無本質(zhì)差別，可燃的沉積巖。C%＜煤，揮發(fā)份和發(fā)熱量低，灰分%高，且伴生較多的金屬元素。煤矸石與石煤的礦物組成大多數(shù)是粘土礦物和

石英。第三章材料的制備方法E.鋁渣(赤泥)：礬土提取Al2O3排出的赤色廢渣，含大量硅酸二鈣(53

54%)。1噸Al2O3→1.5

1.8噸赤泥。42

50%CaO、18

24%SiO2、5.3

7.7%Al2O3、4

12.5%Fe2O3、2

7.5%TiO2等。D.爐渣：高爐礦渣—冶煉生鐵的廢渣，主要成分—CaO、MgO、SiO2、Al2O3。粉碎后呈晶體形狀，由硅酸鹽及少量氧化物、硫化物組成?！叱煞只痉€(wěn)定，資源豐富、成本低，水泥和陶瓷生產(chǎn)中得到廣泛采用。煉鋼爐渣—硅酸鈣、鐵酸鈣等化合物，而游離的氧化鈣和氧化鎂的量較少。城市及民用爐渣F.電石渣：乙炔發(fā)生車間排出的含水約85

90%的消石灰漿，10

50

m的顆粒＞80%。1噸電石可產(chǎn)生～1.15噸干渣(相當于6

7噸料漿)。第三章材料的制備方法G.碳酸法制糖廠的糖濾泥、氯堿法制堿廠的堿渣以及造紙廠的白泥：主成分碳酸鈣，均可作石灰質(zhì)原料。H.磷礦渣：生產(chǎn)黃磷的廢渣，是經(jīng)1100℃煅燒的非晶質(zhì)假硅灰石，主成分為SiO244.08%、CaO43.66%。與硅灰石一樣能引入CaO而不帶入揮發(fā)性組分，生產(chǎn)面磚的好原料，還可用來配制低溫釉熔塊。常含碳及水溶性堿。磷酸鹽尾礦中含石英85%，Ca3(PO4)26%，粘土6%，亦可用于陶瓷工業(yè)。I.螢石礦渣：主要是硅酸鈣，可代替硅灰石配制面磚坯料，也可作地磚料的熔劑。J.碎玻璃：回收重熔不僅有經(jīng)濟意義，且在工藝上影響玻璃配合料的熔化和澄清、熱耗、玻璃制品的性能、加工性能和大窯生產(chǎn)率等。第三章材料的制備方法K.其他低品位鐵礦石、煉鐵廠尾礦以及硫酸廠硫酸渣(硫鐵礦渣，F(xiàn)eO＞50%)等，均可用作水泥的鐵質(zhì)校正原料。銅礦渣與鉛礦渣：不僅可用作水泥的鐵質(zhì)校正原料，其中的FeO能

其T燒成和T液相，還可起礦化劑作用。1.氧化物原料：

A.單一氧化物：Al2O3、ZrO2、TiO2、MgO、BeO等。

B.復合氧化物2.非氧化物原料p84

3.其他化工原料3.1.2無機合成原料

化工原料按化學組成分級，即工業(yè)純、化學純(CP)、分析純(AR)及光譜純等。就組分而言，又可分為氧化物和非氧化物原料兩大類。第三章材料的制備方法A.單一氧化物

氧化鋁(Al2O3)：氧化物精細陶瓷的代表性原料之一，高溫耐火材料、磨料、磨具、激光材料及Al2O3寶石等的重要原料?？煞譃?大類：普通、低鈉、易燒結(jié)、高純、燒結(jié)和電容Al2O3

。主要用途見表3-3。

第三章材料的制備方法氧化鋯(ZrO2)：最耐高溫的氧化物之一，高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、電子陶瓷和耐火材料的重要原料。主要以斜鋯石和鋯英石為原料，采用堿金屬化合物分解法、氯化和熱分解法、石灰熔融法和等離子弧法等制備。氧化鈦(TiO2)：鈦白粉→鈦酸鋇電容器、熱敏和壓電陶瓷等，純度大致分為98%、99%和99.9%。95%的也廣泛用作為涂料、油漆、印刷油墨、橡膠、紙張等的顏料。3種晶型：板鈦礦、銳鈦礦和金紅石。第三章材料的制備方法氧化鈹(BeO)：晶型穩(wěn)定、揮發(fā)性較小，高溫強度高、耐堿性好和電絕緣性優(yōu)良和導熱率極高等→高導熱性新型陶瓷。氧化鎂(MgO)：輕燒、重燒和電熔3種。合成橡膠的填料、陶瓷、耐火材料、電加熱器、熱電偶的原料。鈦酸鹽：BaTiO3、SrTiO3、CaTiO3、MgTiO3和PbTiO3。BaTiO3→壓電、鐵電陶瓷，陶瓷電容器使用鈦酸鋇居多。

鋯酸鹽：BaZrO3和SrZrO3等

錫酸鹽：BaSnO3、CaSnO3、InSnO3、CdSnO3、NiSnO3和PbSnO3等。鈮酸鹽：LiNbO3和KNbO3等銻酸鹽：BaSb2O6、SrSb2O6、PbSb2O6和MgSb2O6等。鋁酸鹽：尖晶石(MgAl2O4)，有合成和電熔→耐火與噴涂材料。高純度99.9%→尖晶石陶瓷，單晶材料。第三章材料的制備方法B.復合氧化物第三章材料的制備方法鋯鈦酸鉛(PZT)

：Pb(Ti1-xZrx)O3制備鋯鈦酸鉛壓電陶瓷，PbTiO3與PbZrO3能以任何比例形成連續(xù)固溶體。鋁硅酸鹽*莫來石(3Al2O3?2SiO2)→耐火和特種耐火材料、莫來石陶瓷等。制備方法有燒結(jié)法和電熔法。*堇青石(2MgO?2Al2O3?5SiO2)：→耐火和特種耐火材料(蒸餾塔的塔板，匣體等)的大多數(shù)純度為95%。多孔引發(fā)劑載體等精細陶瓷用的原料多數(shù)是用氧化鋁、高嶺土、氧化鎂合成的堇青石。2.非氧化物原料p84

大多為難熔化合物，主要有下列3類：

第三章材料的制備方法①類金屬難熔化合物

金屬與非金屬結(jié)合的化合物：金屬的硼化物、碳化物、氮化物、硅化物等。許多類金屬化合物，Tm高，硬度高，化穩(wěn)性良好，且有很高的導電性和傳熱性，有的在真空or電場和熱的作用下有發(fā)射e的能力，某些還有半導體性質(zhì)。②非金屬難熔化合物

非金屬與非金屬結(jié)合的化合物：B4C、SiC、BN、Si3N4和其他多組元化合物等。具半導性，室溫下有高的電阻及非常高的化穩(wěn)性。

③金屬間互相結(jié)合的金屬互化物：Al、Be等系統(tǒng)的金屬互化物，鈷－鉻－鎢系統(tǒng)的互化物。與氧化物相比，許多非金屬難熔化合物Tm更高，高溫力學性能更好。高溫非氧化物代表性原料有：(1).碳化物：SiC、B4C、WC、TiC、TaC、HfC、ZrC等，Tm很高；(2).氮化物：Si3N4、AlN、TiN和BN等；(3).硼化物：TiB2、ZrB、ZrB2、ZrB12、HfB2等；(4).硅化物：MoSi2、USi2、USi3、U3Si2、FeSi、FeSi2、Co2Si、MnSi3、CrSi2、TiSi2、ZrSi2、CaSi2等(5).硫化物:CdS陶瓷光傳導性→光敏材料和太陽能電池碳化物最耐高溫的材料之一，很多的T軟化≥3000℃，碳化鉭TaC(3880℃)、碳化鉿HfC(3890℃)、4TaC?ZrC(3931℃)、4TaC?HfC(3942℃)；導電性和導熱性良好；硬度高：B4C僅

金剛石，SiC、WC和TiC也都很高；抗氧化能力高：高溫下＞高Tm金屬，多數(shù)＞C和石墨；化穩(wěn)性良好：許多常溫下不與酸反應，最穩(wěn)定的甚至不受HNO3+HF混合酸的強烈侵蝕。穩(wěn)定性大小是：TaC>NbC>W2C>WC>TiC>ZrC>HfC>Mo2CB4C：非常堅硬(耐磨性＞類金屬碳化物及其硬質(zhì)合金，是金剛石的60

70%，

SiC，剛玉的1

2倍)。

相當?shù)汀鸁岱€(wěn)定性較好。粉末可直接用來研磨加工硬質(zhì)陶瓷、寶石、鑄模、車刀、軸承等or制成人工研磨工具、金屬陶瓷，及原子反應堆的控制劑等。但高脆性→許多技術(shù)領(lǐng)域難應用。SiC：很純電阻

高達1014

?cm，有Fe、N雜質(zhì)↘1

10-1

?cm，并有負T系數(shù)。半導性

高溫電爐的電熱材料及半導體材料。硬度高，耐磨和研磨性能好，有抗熱沖擊性、抗氧化等，非常重要的研磨材料，還用作火箭發(fā)動機尾噴管和燃燒室的材料及高溫作業(yè)下的渦輪機主動輪、軸承和葉片等零件。氮化物第三章材料的制備方法BN：硬度很高→切削工具；耐熱性、耐熱沖擊性和高溫強度都很高(并能加工成各種形狀)廣泛用作各種熔融體的加工材料；BN粉末和制品有良好的潤滑性→金屬和陶瓷的填料，制成軸承；密度是陶瓷材料中最小→飛機和宇宙飛行器的結(jié)構(gòu)材料。BN、AlN、Si3N4和TiN等。具有硬度高、Tm高、相對密度小、

小和熱穩(wěn)定性好等特點。氮化鋁(AlN)：2450℃升華分解，高溫高強耐熱材料，耐熱沖擊性好(能耐2200℃的急冷急熱)，還有不受鋁液和其他熔融金屬及砷化鎵侵蝕的特性。原料便宜，易燒結(jié)成型→熔融金屬用的坩堝、脫模劑，在金屬液體中浸放物的保護管，特別是制鋁工業(yè)用途最大，非常適合做鋁真空蒸鍍用容器材料。又∵電絕緣性和介電性優(yōu)良→電氣器件將很有希望。第三章材料的制備方法氮化硅(Si3N4)：與SiC相似,不易熔化,~1900℃分解;*高溫強度和抗熱沖擊性→燃氣渦輪葉片、導彈的尾噴管材料，并適于制造火箭噴嘴和透平葉片；*→高溫反應堆中的支承體與隔離體和高溫核燃料裂變物質(zhì)的載體，也→鋁或B4C等中子吸收劑的載體；*能耐各種非鐵金屬溶液的浸蝕→坩堝、熱電偶保護管、爐材、金屬熔煉爐或熱處理的內(nèi)襯材料；*又是電絕緣體和介電體，薄膜→集成電路工業(yè)；*硬度高→研磨材料。第三章材料的制備方法硼化物：

過渡金屬硼化物：高電導、高Tm、高硬度和高穩(wěn)定性。熱傳導性和強度較高→熱穩(wěn)定性較好，高溫抗氧化性以第IVB族金屬硼化物為最好；幾乎都有金屬外觀和性質(zhì)，TiB2、ZrB、ZrB2、ZrB12、HfB2等導電性>對應的金屬；抗蠕變性很好，對要求在高溫下長期工作，且保持強度、抵抗變形、抵抗腐蝕、耐熱沖擊的燃氣輪機、火箭等十分重要。硫化物：如CdS，用其制備的陶瓷具有光傳導性，

→光敏材料和太陽能電池。硅化物:MoSi2、USi2、USi3、U3Si2、FeSi、FeSi2、Co2Si、MnSi3、CrSi2、TiSi2、ZrSi2、CaSi2等。有金屬導電性又有半導體性，抗氧化性較好，常溫下硬而脆，導熱率較高，有良好的熱穩(wěn)定性。第三章材料的制備方法MoSi2：在~1700℃的空氣中可持續(xù)使用數(shù)千小時，作為高溫發(fā)熱元件、高溫熱電偶及熱電偶套管已大量生產(chǎn)，還→核反應堆中熱交換器等，在超音速飛機、火箭、導彈、原子能工業(yè)中都有廣泛的應用。3.其他化工原料

精細陶瓷領(lǐng)域中，用量較大的化工原料還有：

第三章材料的制備方法原料→高純化，可用無機鹽水溶液or金屬醇鹽等作為初始原料，某些有機化合物已→新型陶瓷原料的前驅(qū)體or輔助原料。

碳酸鋇(BaCO3)：←天然碳酸鋇礦物，→電子陶瓷，合成鐵電、壓電及熱敏陶瓷的BaTiO3，及鋇長石瓷中BaO?Al2O3?2SiO2主晶相的主原料?！蹌?/p>

T燒成，or

瓷料的介電性能。碳酸鍶(SrCO3)：←多由天然碳酸鍶礦物，合成e陶瓷中SrTiO3的主要原料，也可作助熔劑

T燒成，

陶瓷材料的電性能，還可作新型玻璃的輔助原料。3.1.3天然高分子化合物

存在于動物、植物及礦物中的高分子物質(zhì),可分為：第三章材料的制備方法天然纖維：*植物纖維—棉、麻(→織物)，木材、草類及蘆葦(→造紙)等*動物纖維—羊毛、蠶絲(主要成份是蛋白質(zhì))*礦物纖維—石棉纖維。天然樹脂：如：松香、蟲膠、大漆、琥珀等，→涂料工業(yè)，造紙、醫(yī)藥及粘結(jié)劑等。天然橡膠：由橡膠樹割取的膠乳經(jīng)過物理、化學處理而得到的。第三章材料的制備方法生物膠：→印刷制版的抗蝕劑。又分：植物膠—阿拉伯樹膠、山達膠、淀粉等。動物膠—蟲膠、魚膠、蛋白質(zhì)、明膠等。天然高分子材料的化學結(jié)構(gòu)有很大的共同點，都由天然高分子化合物所組成(見表3-6)，∴統(tǒng)稱為天然高分子化合物or天然高聚物材料。3.1.4有機合成原料現(xiàn)代合成工業(yè)的發(fā)展，起源于天然高分子化合物的化學加工工業(yè)。第三章材料的制備方法1.生產(chǎn)單體的原料路線：單體多數(shù)是脂肪族化合物,少數(shù)是芳香族化合物。最重要的原料來源路線有3種：

A.石油化工路線;B.煤炭原料路線;C.其他原料路線。2.高分子化合物的合成

合成高分子材料的主要特點：原料來源豐富、品種繁多、性能多樣化、加工成型方便等。圖3

3制造高分子合成材料的主要過程單體←煤、石油、天然氣和農(nóng)副產(chǎn)品?！掖?、乙烯、甲苯、苯酚等。有的可直接聚合，有的則要加工成可聚合的如苯乙烯、對苯二甲酸、氯乙烯、已二酸等再通過聚合高分子化合物。由最基本的原料制造高分子合成材料制品的主要過程見圖3

3。CH2=CHClCH2=CH

OOCCH3CH2=CHCCHCH2=CCH+CH2CH2=CHCN第三章材料的制備方法圖3

7以乙炔為原料合成高分子單體

+HClHgCl2+CH3COOHZn(Ac)2+Cu2Cl2NH4Cl+HCN+HClCHCHCl聚氯乙烯聚乙酸乙烯聚氯乙醇氯丁橡膠聚丙烯腈維綸纖維第三章材料的制備方法除石油(包括天然氣)、煤炭以外，第三類高分子單體的原料主要是自然界存在的植物、農(nóng)副產(chǎn)品。不僅可用來提煉單體，還可用木材、棉短絨等天然高分子化合物為原料經(jīng)化學加工

纖維素塑料與人造纖維。C.其他原料路線農(nóng)副產(chǎn)品提取主要化工產(chǎn)品見p94表3-7植物廢料水解可制取糠醛、酒精、酵母、木糖醇等化工產(chǎn)品見p96圖3-8。2.高分子化合物的合成高分子材料獲取方法見圖3-9。

第三章材料的制備方法

聚合物

高分子合金復合材料(高分子化合物/無機物填充)加聚物縮聚物逐步加成聚合物共聚合物天然高分子材料

合成高分子材料高分子材料高分子化合物的大分子主鏈都是由重復結(jié)構(gòu)單元排列而成，通常由單體通過加聚or縮聚反應形成的。A.加成聚合反應離子型聚合：R+，R

和配位絡(luò)合離子；自由基型聚合：自由基R?(應用的最多)。單體分子借助于引發(fā)劑，在熱、光or輻射能等作用下自由基+單體分子→鏈增長的自由基+單體分子如此反復作用高分子化合物。乙烯→聚乙烯是典型的加成聚合。由不飽和低分子化合物相互加成or環(huán)狀化合物開環(huán)連接成大分子的反應。按活性中心不同可分為：鏈的增長：單體自由基+單體分子加成長鏈自由基(活性鏈)；大部分烯烴單體的加聚反應屬于連鎖聚合反應機理，反應在瞬間完成的。加聚反應的歷程

自由基型加聚的反應過程可分為4個基元反應：鏈的引發(fā)：

a.R

R(引發(fā)劑)

分解2R?(初級自由基)

形成活性中心:b.初級自由基+單體分子單體自由基；

R?+CH2=CH→R-CH2-CH?XX第三章材料的制備方法+

CH

=

CH+

CH2

=

CHXX+

CH2

=

CH2XR-CH2-CH.XRCH2CHCH2CH.XXR(CH2-CH)nCH2-CH.XX

鏈的終止：長鏈自由基失去活性停止增長穩(wěn)定的大分子，∵自由基有相互作用的強烈傾向。鏈終止方式有2種：a.雙基偶合終止：2個長鏈自由基結(jié)合生成1個穩(wěn)定大分子。R(CH2-CH)nCH2-CH-CH-CH2(CH-CH2)mRXXXXXXR(CH2-CH)nCH2-CH.+

.CH-CH2(CH-CH2)mRXX第三章材料的制備方法b.雙基岐化終止：2個長鏈自由基通過氫原子轉(zhuǎn)移，都失去活性2個穩(wěn)定的大分子，其中1個鏈端帶有雙鍵。

R(CH2-CH)n

CH2-CH2

+

CH=CH(CH-CH2)mR

XXXXR(CH2-CH)n

CH2-CH.

+

.CH-CH2(CH