塑料的起源與發(fā)展演示文稿1

新材料行業(yè)——改性工程塑料培訓(xùn)教程—（1）

塑料----合成高分子材料之一一、塑料（Plastics）的起源與發(fā)展高分子材料：macromolecularmaterial高分子材料是由相對分子質(zhì)量較高的化合物構(gòu)成的材料，包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和高分子基復(fù)合材料。定義：以高分子化合物為基礎(chǔ)的材料。高分子是生命存在的形式，所有的生命體都可以看作是高分子的集合體。高分子合成有機高分子天然有機高分子合成高分子材料的發(fā)展歷史1869年賽璐珞海阿特(美國J.W.Hyatt)1909年酚醛樹脂貝克蘭(美國LeoBaekeland)20世紀(jì)40年代氯乙烯、聚苯乙烯有機玻璃等20世紀(jì)50年代低壓聚乙烯（1952年工業(yè)化）齊格勒(德國KarlZiegler)聚丙烯（1957年工業(yè)化）納塔(意大利(GiulioNatta)20世紀(jì)60年代耐高溫高分子Nomex（諾梅克斯：間位芳綸或芳綸1313、對位芳綸或芳綸1414）新型復(fù)合材料Kevlar（凱夫拉：芳綸復(fù)合材料）“賽璐珞”的發(fā)明—塑料時代的開始1868年——1869年，美國有一位叫約翰·海阿特的印刷工人，一次偶然的誤操作，他發(fā)現(xiàn)做火藥的原料硝化纖維在酒精中溶解后加進樟腦時，硝化纖維竟變成了一種柔韌性相當(dāng)好的又硬又不脆的材料，可以做臺球。他將它命名為“賽璐珞”。（樟腦：2-莰酮,分子式為C10H16O。1，7，7-三甲基二環(huán)[2，2，1]庚烷-2-酮。）Hyatt生產(chǎn)賽璐珞臺球代替象牙“賽璐珞”的特點：它是一種堅韌材料，具有很大的抗張強度，耐水，耐油、耐酸。"賽璐珞"的用途：從兒童玩具到襯衫領(lǐng)子中都有"賽璐珞"。照相底片（附著膠狀銀化合物）的片基，這就是第一張實用照相底片，它有一個很大的缺點，就是極易著火引起火災(zāi)。塑料時代的開始“賽璐珞”的發(fā)明起因：在19世紀(jì)，臺球都是用象牙做的，數(shù)量自然非常有限。于是有人懸賞1萬美元征求制造臺球的替代材料。1869年，美國的海阿特(J.W.Hyatt，1837-1920)把硝化纖維、樟腦和乙醇的混合物在高壓下共熱，然后在常壓下硬化成型制出了廉價臺球，贏得了這筆獎金?！百愯寸蟆笔侨祟悮v史上第一種合成塑料。賽璐珞是塑料的老祖宗，是英文“celluloid”的譯音，即硝化纖維塑料，是塑料的一種，由膠棉（低氮含量的硝化纖維）和增塑劑（主要是樟腦）、潤滑劑、染料等加工制成。透明，可以染成各種顏色，容易燃燒。用來制造玩具、文具等。舊稱假象牙。酚醛樹脂——完全人工合成的塑料"賽璐珞"是由天然的纖維素加工而成的，并不是完全人工合成的塑料。人類歷史上第一種完全人工合成的塑料是在1909年由美國人貝克蘭(LeoBaekeland)用苯酚和甲醛造的酚醛樹脂，又稱貝克蘭塑料。

酚醛樹脂是酚類物質(zhì)和醛類物質(zhì)通過縮合反應(yīng)制備的，屬于熱固性塑料。其制備過程共分兩步：第一步：先聚合成線型聚合度較低的化合物；第二步：用高溫處理，轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型聚合度很高的高分子化合物。塑料時代的開始

Baekland第一種完全合成的塑料出自美籍比利時人列奧·亨德里克·貝克蘭。1863年：生于比利時根特,貝克蘭是鞋匠和女仆的兒子；1884年：(21歲)獲得根特大學(xué)博士學(xué)位；1887年：(24歲)時成為比利時布魯日高等師范學(xué)院的物理和化學(xué)教授；1889年：娶了大學(xué)導(dǎo)師的女兒為妻，同年獲得一筆旅行獎學(xué)金，到美國從事化學(xué)研究；1907年7月14日：貝克蘭注冊了酚醛塑料的專利。

貝克蘭——新材料世界的開創(chuàng)者和幸運兒

酚醛塑料是世界第一種完全合成的塑料。貝克蘭將它用自己的名字命名為“貝克萊特”（Bakelite）。他很幸運，英國同行詹姆斯·斯溫伯恩爵士只比他晚一天提交專利申請，否則英文里酚醛塑料可能要叫“斯溫伯萊特”。1909年2月8日，貝克蘭在美國化學(xué)協(xié)會紐約分會的一次會議上公開了這種塑料。事實上賽璐珞這種塑料比酚醛塑料發(fā)明的更早，只不過它是來自化學(xué)處理過的棉花以及其他含纖維素的植物材料經(jīng)過加工而制得。酚醛塑料的特點：絕緣、穩(wěn)定、耐磨、耐腐蝕、不可燃，剛性好，變形小，耐熱，能在150~200°C的溫度范圍內(nèi)長期使用。在水潤滑條件下，有極低的摩擦系數(shù)，其電絕緣性能優(yōu)良。稱為“千用材料”。應(yīng)用范圍：汽車、無線電和電力工業(yè)中。產(chǎn)品：插頭、插座、收音機、電話外殼、螺旋槳、閥門、齒輪、管道、臺球、把手、按鈕、刀柄、桌面、煙斗、保溫瓶、電熱水瓶、鋼筆和人造珠寶上。酚醛塑料的缺點：這是20世紀(jì)的煉金術(shù)，從煤焦油那樣的廉價產(chǎn)物中，得到用途如此廣泛的材料。1940年5月20日的《時代》周刊則將貝克蘭稱為“塑料之父”。酚醛塑料—第一個工業(yè)化的高分子材料它受熱會變暗，只有深褐、黑或暗綠3種顏色，缺點是沖擊強度差，質(zhì)脆容易摔碎。早在1872年，德國化學(xué)家阿道夫·馮·拜爾就發(fā)現(xiàn)：苯酚和甲醛反應(yīng)后，玻璃管底部有些頑固的殘留物。不過拜爾的眼光在合成染料上，而不是絕緣材料上，對他來說，這種黏糊糊的不溶解物質(zhì)是條死胡同。對貝克蘭等人來說，這種東西卻是光明的路標(biāo)。從1904年開始，貝克蘭開始研究這種反應(yīng)。最初得到的是一種液體――苯酚－甲醛蟲膠，稱為Novolak(酚醛樹脂)，但市場并不成功。3年后，他得到一種糊狀的黏性物，模壓后成為半透明的硬塑料――酚醛塑料。1910年：貝克蘭創(chuàng)辦了通用酚醛塑料公司，在新澤西的工廠開始生產(chǎn)。1926年：專利保護到期，大批同類產(chǎn)品涌入市場。經(jīng)過談判，貝克蘭與對手合并，擁有了一個真正的酚醛塑料帝國。1939年：貝克蘭退休時，兒子喬治·華盛頓·貝克蘭無意從商，公司以1650萬美元（相當(dāng)于今天2億美元）出售給聯(lián)合碳化物公司1945年：貝克蘭死后一年，美國的塑料年產(chǎn)量就超過40萬噸，1979年又超過了工業(yè)時代的代表――鋼。在今年倫敦科學(xué)博物館的展覽上，貝克蘭的曾孫休·卡拉克一手執(zhí)一個30年代的尿素甲醛塑料電話，一手展示著一個用生物可降解塑料制成的手機?！八芰现浮薄惪颂m的職業(yè)生涯石油產(chǎn)品開創(chuàng)了塑料的新時代

進入50年代，從石油裂解而得的a－烯烴成為合成高分子的主要原料，主要包括乙烯與丙烯。

20世紀(jì)40年代，乙烯類單體的自由基引發(fā)聚合反應(yīng)迅速發(fā)展，實現(xiàn)工業(yè)化的包括氯乙烯、聚苯乙烯和有機玻璃等，這是合成高分子蓬勃發(fā)展的時期。低壓聚乙烯、聚丙烯的合成德國人齊格勒(KarlZiegler)與意大利人納塔(GiulioNatta)分別發(fā)明用三乙基鋁和三氧化鈦組成的金屬絡(luò)合催化劑合成低壓聚乙烯與聚丙烯的方法。低壓聚乙烯于1952年實現(xiàn)工業(yè)化；低壓聚丙烯于1957年實現(xiàn)工業(yè)化。這是高分子化學(xué)的歷史性發(fā)展，因為以石油為原料能建設(shè)年產(chǎn)10萬噸的大工廠。為褒獎他們在烯烴合成高分子領(lǐng)域的杰出貢獻，二人共同獲得1963年的諾貝爾化學(xué)獎。齊格勒是德國有機化學(xué)：1920年：獲馬爾堡大學(xué)化學(xué)博士學(xué)位。1927年：在海德堡大學(xué)任教授。1936年：任哈雷一薩勤大學(xué)化學(xué)學(xué)院院長。1953年：研究有機金屬化合物與乙烯的反應(yīng)時發(fā)現(xiàn)，在常壓下用催化劑得到了結(jié)晶聚乙烯塑料。齊格勒納塔G納塔是意大利高分子化學(xué)家：1954年：納塔用催化劑合成了結(jié)晶聚丙烯。新型合成耐高溫材料60年代，由于要飛往月球而出現(xiàn)耐高溫高分子的研究熱。耐高溫的定義：材料能夠在氮氣中500環(huán)境中能使用一個月；在空氣中300環(huán)境下能使用一個月。Co芳綸1313（聚間苯二甲酸間苯二胺纖維）、芳綸1414（聚對苯二甲酸對苯二胺纖維）Co耐高溫高分子主要分為兩大類：1、芳香聚酰胺：例如苯二胺與間苯二酰縮聚得到的Nomex，這在當(dāng)時曾被作為太空服的原料。對苯二胺與對苯二酰氯縮聚得到的Kevlar，它屬于耐高溫的高分子液晶，現(xiàn)在用于超音速飛機的復(fù)合材料中。2、雜環(huán)高分子：例如聚芳亞酰胺和作為高溫粘合劑的聚苯并咪唑，為現(xiàn)在宇航飛行所需的材料打下了基礎(chǔ)。塑料的種類很多。除了酚醛樹脂和聚乙烯外，還有聚氯乙烯、聚苯乙烯等。我們常見的有機玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯），其實也是塑料的一種。它的透明度比普通玻璃還高，有韌性，不易破碎，槍彈打上去也只能穿一個洞。它是制作飛機舷窗的絕好材料。我國塑料制品2000年到2010年的產(chǎn)量年份塑料產(chǎn)量（萬噸）20105830.3820094479.2820083680.2320073184.5420062602.620052308.8620042366.520031652.0820021455.720011288.720001087.5塑料的優(yōu)點-11)易于加工、易于制造(易于成型)即使制品的幾何形狀相當(dāng)復(fù)雜，只要能從模具中脫模，都比較容易制作。因而其效率遠勝于金屬加工，特別是注塑成型制品經(jīng)過一道工序，即可制造出很復(fù)雜的成品。塑料的優(yōu)點-22)可根據(jù)需要隨意著色，富有裝飾性，或制成透明制品：利用塑料可制作五光十色、透明美麗的制品，而且色澤美觀、耐久，還可用先進的印刷、壓花、電鍍及燙金技術(shù)制成具有各種圖案、花型和表面立體感、金屬感的制品，可提高其商品價值,并給人一種明快的感覺.塑料可以制成透明的制品，塑料的優(yōu)點-3、43)不生銹、不易腐蝕塑料一般耐各種化學(xué)藥品的腐蝕，不會象金屬那樣易生銹或受到腐蝕。使用時不必擔(dān)心酸、堿、鹽、油類、藥品、潮濕及霉菌等的侵蝕。4)不易傳熱、保溫性能好由于塑料比熱大，熱導(dǎo)率小，不易傳熱，故其保溫及隔熱效果良好。導(dǎo)熱系數(shù)?。杭s為金屬的1/500-1/600。泡沫塑料的導(dǎo)熱系數(shù)約為金屬的1/1500，水泥混凝土的1/40，普通粘土磚的1/20，是理想的絕熱材料。塑料的優(yōu)點-5聚4-甲基戊烯最輕：材料密度g/cm3塑料0.83——2.2泡沫塑料0.01——0.5鋼7.8鋁2.8銅8.7玻璃2.5粘土1.75)可制做輕質(zhì)高強度的產(chǎn)品㎝30.67g/2.1–2.3g/㎝3聚四氟乙烯最重：與金屬、陶瓷制品相比,質(zhì)量輕、機械性能好，比強度(強度與密度的比值)高，故可制做輕質(zhì)高強度制品。特別是填充玻璃纖維后，更可提高其強度。------(增強)另外，由于塑料質(zhì)量輕，可節(jié)約能源，故其制品亦日趨輕量化。---------(以塑代鋼)塑料的優(yōu)點-66)既能制作絕緣產(chǎn)品，又能制做導(dǎo)電部件：塑料本身是很好的絕緣物質(zhì)，目前可以說沒有哪一種電氣制品不使用塑料的。但如果在塑料中填充金屬粉末或碎屑加以成型，也可制成導(dǎo)電良好的產(chǎn)品。塑料或金屬塑料的優(yōu)點-6導(dǎo)電塑料是將樹脂和導(dǎo)電物質(zhì)混合，用塑料的加工方式進行加工的功能型高分子材料。主要應(yīng)用于電子、集成電路包裝、電磁波屏蔽等領(lǐng)域。復(fù)合型導(dǎo)電塑料：現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的導(dǎo)電高分子材料。其填充物質(zhì)主要有：a、金屬分散系；b、炭黑系；c、有機絡(luò)合物分散系。導(dǎo)電塑料結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電塑料（本征型導(dǎo)電塑料：本身具有導(dǎo)電性或經(jīng)化學(xué)改性后具有導(dǎo)電性的塑料。主要有：（1）π共軛系高分子：如聚乙炔、(Sr)n、線型聚苯、層狀高聚物等；（2）金屬螯合物：如聚酮酞菁；（3）電荷移動型高分子絡(luò)合物：如聚陽離子、CQ絡(luò)合物。日本筑波大學(xué)名譽教授白川英樹和美國科學(xué)家愛倫·黑格博士及馬克達依阿密特博士3人，為表彰他們在研制導(dǎo)電塑料方面做出的突出貢獻。而獲得諾貝爾化學(xué)獎。導(dǎo)電高分子的基本概念物質(zhì)按電學(xué)性能分類可分為絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體和超導(dǎo)體四類。高分子材料通常屬于絕緣體的范疇。1977年，美國科學(xué)家：黑格（A.J.Heeger）、麥克迪爾米德（A.G.MacDiarmid）日本科學(xué)家：白川英樹（H.Shirakawa）發(fā)現(xiàn)摻雜聚乙炔具有金屬導(dǎo)電特性，有機高分子不能作為導(dǎo)電材料的概念被徹底改變。并因此項發(fā)明獲得諾貝爾化學(xué)獎塑料的優(yōu)點-7、87)減震、消音性能優(yōu)良：塑料具有優(yōu)良的減震、消音性能。8）透光及防護性好：玻璃透光率為8