有機(jī)合成材料課件2

有機(jī)合成材料概述有機(jī)合成材料廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和日常生活。它們?yōu)槿祟惿鐣?huì)的發(fā)展和進(jìn)步做出了重要貢獻(xiàn)。有機(jī)合成材料的定義和特點(diǎn)定義有機(jī)合成材料是指以石油、煤炭、天然氣等有機(jī)原料為基礎(chǔ)，通過人工合成方法制備的具有特定結(jié)構(gòu)和性能的材料。特點(diǎn)有機(jī)合成材料具有種類繁多、性能優(yōu)異、價(jià)格低廉、易于加工等特點(diǎn)。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于建筑、交通、電子、醫(yī)療、包裝等各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)人類生活起著重要作用。有機(jī)合成材料的發(fā)展歷程119世紀(jì)中期有機(jī)合成材料的出現(xiàn)220世紀(jì)初合成橡膠和合成纖維問世320世紀(jì)中期塑料和合成樹脂的廣泛應(yīng)用420世紀(jì)末高性能有機(jī)合成材料的研發(fā)有機(jī)合成材料的發(fā)展歷程可以追溯到19世紀(jì)中期。20世紀(jì)初，合成橡膠和合成纖維的出現(xiàn)為有機(jī)合成材料的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)中期，塑料和合成樹脂的廣泛應(yīng)用帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。20世紀(jì)末，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，高性能有機(jī)合成材料的研發(fā)取得了突破性進(jìn)展。有機(jī)合成材料的分類11.天然有機(jī)合成材料天然有機(jī)合成材料主要來源于動(dòng)植物，如棉花、羊毛、皮革、木材等。22.合成有機(jī)合成材料合成有機(jī)合成材料是通過化學(xué)合成的方法制備的，如塑料、橡膠、纖維等。33.高分子有機(jī)合成材料高分子有機(jī)合成材料是由許多小分子單體通過化學(xué)鍵連接而成的大分子化合物，具有多種優(yōu)異性能，在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。天然有機(jī)合成材料天然橡膠天然橡膠主要由聚異戊二烯組成。天然橡膠具有良好的彈性、耐磨性、耐油性和耐溶劑性，廣泛應(yīng)用于輪胎、橡膠制品等領(lǐng)域。纖維素纖維素是植物細(xì)胞壁的主要成分，具有良好的吸水性、吸附性和生物降解性，廣泛應(yīng)用于造紙、紡織、醫(yī)藥等領(lǐng)域。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的復(fù)雜有機(jī)大分子，具有多種功能，如酶催化、抗體生成、結(jié)構(gòu)支撐等，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域。合成有機(jī)合成材料塑料塑料是合成有機(jī)材料中最常見的類型之一。它們由各種單體通過聚合反應(yīng)制成，具有輕便、耐用、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于包裝、建筑、汽車等領(lǐng)域。合成纖維合成纖維是通過聚合反應(yīng)制成的纖維，具有強(qiáng)度高、彈性好、耐磨、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于服裝、地毯、繩索等領(lǐng)域。合成橡膠合成橡膠是通過聚合反應(yīng)制成的橡膠，具有耐磨、耐油、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于輪胎、密封件、管道等領(lǐng)域。合成樹脂合成樹脂是指通過聚合反應(yīng)得到的具有固態(tài)或半固態(tài)的物質(zhì)，具有良好的耐熱性、耐化學(xué)性、機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能，廣泛應(yīng)用于涂料、粘合劑、塑料等領(lǐng)域。高分子有機(jī)合成材料高分子結(jié)構(gòu)由許多重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元組成的長(zhǎng)鏈狀分子。物理性質(zhì)包括強(qiáng)度、韌性、熔點(diǎn)、溶解性等，與高分子鏈的長(zhǎng)度、形狀和排列有關(guān)。應(yīng)用范圍廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，包括包裝、建筑、電子、醫(yī)療等。主要高分子有機(jī)合成材料聚乙烯(PE)聚乙烯是最常見的塑料之一，廣泛應(yīng)用于包裝、薄膜、管材等領(lǐng)域。它具有耐用、柔韌、防水等特性。聚丙烯(PP)聚丙烯是一種堅(jiān)韌、耐熱、耐化學(xué)腐蝕的塑料，常用于容器、纖維、汽車部件等。聚氯乙烯(PVC)聚氯乙烯是一種用途廣泛的塑料，用于管道、地板、門窗等。它具有耐用、耐腐蝕、隔熱等特點(diǎn)。聚苯乙烯(PS)聚苯乙烯是一種輕便、透明、易于加工的塑料，常用作包裝、餐具、絕緣材料等。高分子合成的基本原理1單體聚合單體分子通過化學(xué)反應(yīng)連接形成長(zhǎng)鏈聚合物，這些鏈可以是直鏈、支鏈或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。2鏈增長(zhǎng)聚合單體通過逐步添加單個(gè)單體分子到活性鏈端，逐步增長(zhǎng)聚合物鏈，例如自由基聚合、陰離子聚合和陽離子聚合。3逐步增長(zhǎng)聚合單體之間通過逐步反應(yīng)形成聚合物，例如縮聚反應(yīng)、加成聚合和開環(huán)聚合。高分子合成的主要方法加聚反應(yīng)單體分子直接連接，形成高分子鏈，不產(chǎn)生任何副產(chǎn)物。縮聚反應(yīng)單體分子在生成高分子鏈的同時(shí)，還生成小分子，如水、甲醇等。開環(huán)聚合環(huán)狀單體開環(huán)后生成高分子鏈，例如環(huán)氧丙烷開環(huán)聚合生成聚醚。逐步聚合單體分子間先形成低聚物，然后低聚物逐步增長(zhǎng)形成高分子鏈。聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)主要研究聚合反應(yīng)速率、反應(yīng)機(jī)理和影響因素。研究?jī)?nèi)容包括：聚合速率常數(shù)活化能反應(yīng)級(jí)數(shù)鏈增長(zhǎng)機(jī)理鏈終止機(jī)理鏈轉(zhuǎn)移機(jī)理聚合反應(yīng)控制因素11.溫度溫度影響反應(yīng)速率和聚合度，升高溫度通常加速反應(yīng)，但也可能導(dǎo)致副反應(yīng)或降解。22.催化劑催化劑可以降低反應(yīng)活化能，提高反應(yīng)速率，控制聚合物的分子量和結(jié)構(gòu)。33.單體濃度單體濃度影響聚合速率，高濃度有利于快速聚合，但也可能導(dǎo)致粘度過高。44.溶劑溶劑的選擇影響反應(yīng)速率、聚合物的溶解度和形態(tài)，影響最終產(chǎn)品的性能。高分子表征與分析高分子表征高分子表征是指通過各種實(shí)驗(yàn)方法來確定高分子的結(jié)構(gòu)、形態(tài)、性能等方面的特征。它為理解高分子材料的性質(zhì)、加工和應(yīng)用提供重要信息。分子量結(jié)構(gòu)形態(tài)高分子分析高分子分析側(cè)重于研究高分子材料的組成、含量、純度以及各種性質(zhì)的變化。它為高分子材料的質(zhì)量控制、性能改進(jìn)和應(yīng)用研究提供科學(xué)依據(jù)。成分分析性能測(cè)試結(jié)構(gòu)解析聚合物分子量及其測(cè)定聚合物分子量是表征聚合物的重要參數(shù)之一，它影響著聚合物的物理性能和加工性能。通常，聚合物分子量是指聚合物鏈中重復(fù)單元的平均數(shù)量。聚合物分子量的測(cè)定方法有很多種，常用的方法包括：凝膠滲透色譜法(GPC)、粘度法和光散射法等。GPC法是目前測(cè)定聚合物分子量最常用的方法，它利用不同分子量聚合物在凝膠柱中遷移速度不同的原理來分離不同分子量的聚合物，并根據(jù)其遷移時(shí)間來測(cè)定其分子量。粘度法是利用聚合物溶液的粘度與分子量之間的關(guān)系來測(cè)定聚合物分子量。此方法操作簡(jiǎn)單，但精度較低。光散射法是利用光在聚合物溶液中散射的強(qiáng)度與分子量之間的關(guān)系來測(cè)定聚合物分子量。該方法精度較高，但操作較復(fù)雜。聚合物結(jié)構(gòu)表征技術(shù)紅外光譜紅外光譜法是一種常用的結(jié)構(gòu)表征方法，通過分析聚合物對(duì)紅外光的吸收，可以識(shí)別聚合物中存在的官能團(tuán)，并推測(cè)其結(jié)構(gòu)。核磁共振核磁共振法可以揭示聚合物中原子核之間的相互作用，進(jìn)而確定聚合物的結(jié)構(gòu)和立體化學(xué)信息，對(duì)于研究聚合物的構(gòu)型和構(gòu)象非常有效。掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡可以觀察聚合物材料的表面形貌、微觀結(jié)構(gòu)和內(nèi)部缺陷，為理解聚合物材料的性能提供重要信息。透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡可以對(duì)聚合物材料進(jìn)行高分辨率的微觀結(jié)構(gòu)分析，揭示其納米尺度的結(jié)構(gòu)特征，幫助了解材料的性能和應(yīng)用。高分子性能與應(yīng)用性能高分子材料的性能主要取決于其化學(xué)結(jié)構(gòu)和分子量，以及加工工藝的影響。這些性能包括機(jī)械性能、熱性能、光學(xué)性能、電性能等。應(yīng)用領(lǐng)域高分子材料具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，從日常生活中常見的塑料制品到航空航天領(lǐng)域的先進(jìn)材料，高分子材料幾乎無處不在。應(yīng)用趨勢(shì)隨著科技的發(fā)展，高分子材料不斷創(chuàng)新，性能更加優(yōu)異，應(yīng)用范圍更加廣泛。例如，生物降解塑料、導(dǎo)電塑料、智能材料等新型材料正不斷涌現(xiàn)。聚合物加工技術(shù)擠出成型將聚合物熔體通過模具擠出，制成連續(xù)的形狀，例如薄膜、管材、板材等。擠出成型工藝靈活高效，廣泛應(yīng)用于塑料制品生產(chǎn)。注塑成型將熔化的塑料注入模具，冷卻固化后得到產(chǎn)品，適用于各種形狀復(fù)雜、尺寸精密的塑料制品。注塑成型工藝生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。吹塑成型利用空氣壓力將塑料薄膜吹脹成型，用于制造各種容器、包裝袋等。吹塑成型工藝成本低、效率高，適用于大批量生產(chǎn)。壓塑成型將聚合物粉末或顆粒在模具中加熱加壓，使其熔融并固化成型。壓塑成型工藝適用于制造形狀復(fù)雜的制品，例如齒輪、軸承等。注塑成型工藝塑化塑化是將塑料顆粒加熱融化，使其成為可流動(dòng)狀態(tài)的工藝過程，一般在注塑機(jī)的料斗和料筒內(nèi)進(jìn)行。注射將已塑化的熔融塑料通過注射機(jī)構(gòu)注入模具型腔，并使其在型腔內(nèi)冷卻固化成型。冷卻塑件在模具型腔內(nèi)冷卻，并保持一定的時(shí)間，以確保塑件的尺寸穩(wěn)定和機(jī)械性能。脫模當(dāng)塑件冷卻至一定溫度后，打開模具，將塑件從模具中取出，完成注塑成型過程。擠出成型工藝1原料塑料顆粒2擠出機(jī)熔化和塑化3模具成型4冷卻固化5成品管材、板材等擠出成型是一種常見的塑料加工方法。通過擠出機(jī)將塑料顆粒熔化塑化后，通過模具成型，并經(jīng)過冷卻固化，最終得到各種形狀的塑料制品。壓縮成型工藝原料準(zhǔn)備將粉末狀或顆粒狀的材料與適量的粘合劑混合均勻，并根據(jù)需要加入填充劑、增強(qiáng)劑等。模具填充將混合好的材料填充到預(yù)先設(shè)計(jì)好的模具中，并施加一定的壓力，使材料緊密接觸，形成所需的形狀。加壓成型在模具中對(duì)材料施加壓力，使其在壓力作用下塑性變形，并填充模具的空腔，形成所需的形狀。固化處理通過加熱、冷卻、化學(xué)反應(yīng)等方法，使材料固化，并保持其形狀，完成成型過程。脫模處理固化完成后，將成型好的產(chǎn)品從模具中取出，并進(jìn)行表面處理，如拋光、噴漆等。旋涂成型工藝1基底旋轉(zhuǎn)將基底材料放置在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，以特定速度旋轉(zhuǎn)。2材料滴加在基底旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，將液體材料滴加到基底上。3材料均勻分布由于旋轉(zhuǎn)力的作用，液體材料會(huì)均勻地分布在基底表面。4材料干燥固化通過加熱或其他方法使材料干燥固化，形成薄膜或涂層。5最終產(chǎn)品旋涂成型工藝可以生產(chǎn)出薄膜、涂層、光學(xué)元件等產(chǎn)品。旋涂成型是一種常見的薄膜制造技術(shù)，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、光學(xué)、生物技術(shù)等領(lǐng)域。溶劑蒸發(fā)成型工藝1溶液制備將聚合物溶解在合適的溶劑中，形成均勻溶液。2成型將溶液倒入模具，并使溶劑蒸發(fā)。3固化隨著溶劑的蒸發(fā)，聚合物固化成型。4脫模固化完成后，從模具中取出成型產(chǎn)品。溶劑蒸發(fā)成型工藝是一種常用的高分子材料成型工藝，適用于制造形狀復(fù)雜的零件。熱固成型工藝1原材料混合將樹脂、固化劑、填料等原材料混合，形成可流動(dòng)或可塑性混合物。2成型將混合物注入模具中，在壓力下進(jìn)行成型，使混合物充滿模腔。3固化在高溫或壓力下進(jìn)行固化反應(yīng)，使混合物轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，形成具有特定形狀的制品。4脫模制品冷卻后，從模具中取出。5后處理根據(jù)需要進(jìn)行表面處理、機(jī)械加工等后處理工序。復(fù)合材料制造工藝1預(yù)浸料增強(qiáng)纖維浸漬樹脂2鋪層成型按設(shè)計(jì)要求疊加預(yù)浸料3固化成型加熱加壓，樹脂固化4后處理切邊，鉆孔，表面處理復(fù)合材料制造工藝?yán)迷鰪?qiáng)纖維和樹脂的協(xié)同作用，提高材料的強(qiáng)度和剛度，以及耐腐蝕和耐高溫性能。新型成型工藝13D打印3D打印，一種快速成型技術(shù)，可用于生產(chǎn)復(fù)雜形狀的塑料零件。2激光熔融激光熔融是一種快速成型技術(shù)，可用于制造高溫、耐腐蝕和高強(qiáng)度塑料零件。3電子束熔融電子束熔融是一種快速成型技術(shù)，可用于制造高精度和復(fù)雜形狀的塑料零件。4微流控微流控技術(shù)可用于精確控制和制造微型塑料零件。高分子材料回收與利用回收利用途徑高分子材料回收可分為機(jī)械回收和化學(xué)回收。機(jī)械回收是指將廢棄塑料破碎、清洗、造粒后，重新加工制成新產(chǎn)品。循環(huán)經(jīng)濟(jì)化學(xué)回收是指將廢棄塑料通過化學(xué)方法降解，再合成新的材料。回收利用不僅可以減少環(huán)境污染，還能節(jié)約資源，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。高分子材料環(huán)境問題污染問題廢棄塑料污染環(huán)境有害物質(zhì)釋放到環(huán)境中填埋問題高分子材料不易降解，填埋會(huì)導(dǎo)致土地資源浪費(fèi)，并產(chǎn)生污染物。回收利用問題高分子材料回收利用率低，回收過程成本高，技術(shù)難度大。高分子材料綠色設(shè)計(jì)減少資源消耗使用可再生資源和可回收材料，提高資源利用效率。降低環(huán)境污染減少有害物質(zhì)排放，降低對(duì)環(huán)境的影響。提高產(chǎn)品性能提升材料的性能，延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命。高分子材料可