化学建材省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

“化学建材化学建材化学建材化学建材”新材料共同特点：新材料共同特点：新材料共同特点：新材料共同特点：第一，组成上以有机高分子材料为主；第一，组成上以有机高分子材料为主；第一，组成上以有机高分子材料为主；第一，组成上以有机高分子材料为主；第二，都是化工合成产品；第二，都是化工合成产品；第二，都是化工合成产品；第二，都是化工合成产品；第三，组成直接使用材料物理形态主体；第三，组成直接使用材料物理形态主体；第三，组成直接使用材料物理形态主体；第三，组成直接使用材料物理形态主体；第四，这些材料组成建筑物某一部分。第四，这些材料组成建筑物某一部分。第四，这些材料组成建筑物某一部分。第四，这些材料组成建筑物某一部分。三类主要化学建材产品三类主要化学建材产品三类主要化学建材产品三类主要化学建材产品 塑料管道、塑料门窗、新型防水材料塑料管道、塑料门窗、新型防水材料塑料管道、塑料门窗、新型防水材料塑料管道、塑料门窗、新型防水材料。同时带动了建筑涂料、建筑胶粘剂、保温隔热材料、装饰装修材同时带动了建筑涂料、建筑胶粘剂、保温隔热材料、装饰装修材同时带动了建筑涂料、建筑胶粘剂、保温隔热材料、装饰装修材同时带动了建筑涂料、建筑胶粘剂、保温隔热材料、装饰装修材料等产品快速发展。料等产品快速发展。料等产品快速发展。料等产品快速发展。第1页uu化学建材成为继钢材、水泥、木材之后我国第四大类化学建材成为继钢材、水泥、木材之后我国第四大类化学建材成为继钢材、水泥、木材之后我国第四大类化学建材成为继钢材、水泥、木材之后我国第四大类建筑材料。建筑材料。建筑材料。建筑材料。能够替换木材、粘土等宝贵天然资源；能耗低，通常每生产1t 材料能耗，塑料、钢材、铝材百分比为1:4.5:8。化学建材隔热保温性能优。化学建材在防腐、装饰效果以及使用寿命方面(塑料管可使用50 年，而铸铁管只有10)更是含有没有可比拟优越特征。环境保护节能环境保护节能环境保护节能环境保护节能型建筑材料型建筑材料型建筑材料型建筑材料 第2页主要讲授内容主要讲授内容高分子化合物及化学建材助剂高分子化合物及化学建材助剂高分子化合物及化学建材助剂高分子化合物及化学建材助剂混凝土外加剂混凝土外加剂混凝土外加剂混凝土外加剂建筑塑料建筑塑料建筑塑料建筑塑料防水密封材料防水密封材料防水密封材料防水密封材料建筑涂料建筑涂料建筑涂料建筑涂料建筑胶黏剂建筑胶黏剂建筑胶黏剂建筑胶黏剂建筑保温隔热与吸声材料建筑保温隔热与吸声材料建筑保温隔热与吸声材料建筑保温隔热与吸声材料4 44 46 66 64 44 44 4第3页 首先从高分子化学与物理角度上介绍高分子化合首先从高分子化学与物理角度上介绍高分子化合首先从高分子化学与物理角度上介绍高分子化合首先从高分子化学与物理角度上介绍高分子化合物相关概念、合成方法和改性路径，这是化学建材物相关概念、合成方法和改性路径，这是化学建材物相关概念、合成方法和改性路径，这是化学建材物相关概念、合成方法和改性路径，这是化学建材生产和应用主要化学基础。生产和应用主要化学基础。生产和应用主要化学基础。生产和应用主要化学基础。第4页 第一章高分子化合物第一章高分子化合物第一章高分子化合物第一章高分子化合物 一、高分子化合物基本特征一、高分子化合物基本特征一、高分子化合物基本特征一、高分子化合物基本特征 高分子化合物是指高分子化合物是指高分子化合物是指高分子化合物是指相对分子量相对分子量相对分子量相对分子量、分子长度分子长度分子长度分子长度到达一定到达一定到达一定到达一定程度程度程度程度化合物。化合物。化合物。化合物。经典高分子化合物分子量为经典高分子化合物分子量为10104 410106 6或以上，组成或以上，组成份子原子数可达份子原子数可达10103 310105 5或以上或以上。引发物质性能改变（质变），尤其是机械性能引发物质性能改变（质变），尤其是机械性能显著提升，为组成高分子材料奠定了材质上基显著提升，为组成高分子材料奠定了材质上基础。础。第5页低分子化合物相对分子量有一个固定值；低分子化合物相对分子量有一个固定值；低分子化合物相对分子量有一个固定值；低分子化合物相对分子量有一个固定值；高分子化合物相对分子量普通是指其平均相对分子量高分子化合物相对分子量普通是指其平均相对分子量高分子化合物相对分子量普通是指其平均相对分子量高分子化合物相对分子量普通是指其平均相对分子量高分子化合物相对分子量与低分子化合物相对分子高分子化合物相对分子量与低分子化合物相对分子高分子化合物相对分子量与低分子化合物相对分子高分子化合物相对分子量与低分子化合物相对分子量区分量区分量区分量区分高分子是不一样高分子是不一样聚合度同系物组聚合度同系物组成（混合物）成（混合物）表示方式？表示方式？聚合度聚合度分子量分子量分散性指数或分散度分散性指数或分散度聚合度聚合度分散性分散性（重均（重均/数均）数均）第6页二、高分子化合物基本结构层次二、高分子化合物基本结构层次二、高分子化合物基本结构层次二、高分子化合物基本结构层次以上与低分子化合物共有化合物结构决定性能化合物结构决定性能 ，对于高分子来讲，它结构分为，对于高分子来讲，它结构分为三个层次：三个层次：第7页线型、支链型聚合物线型、支链型聚合物线型、支链型聚合物线型、支链型聚合物 、交联型、交联型、交联型、交联型 三三 高分子化合物结构形态高分子化合物结构形态 热塑性聚合物热塑性聚合物 ：溶解、熔融：溶解、熔融热固性聚合物：溶胀、不熔融热固性聚合物：溶胀、不熔融结构结构-性能性能第8页四、高分子化合物合成方法四、高分子化合物合成方法四、高分子化合物合成方法四、高分子化合物合成方法按合成机理分类：链锁聚合和逐步聚合按合成机理分类：链锁聚合和逐步聚合按按产物组成和结构产物组成和结构改变分类：加聚与缩聚改变分类：加聚与缩聚1.连锁聚合特点：连锁性；链引发、链增加、链终止等连锁聚合特点：连锁性；链引发、链增加、链终止等几步基元反应。几步基元反应。普通在反应过程中生成活性链自由基或阴、阳离子、配普通在反应过程中生成活性链自由基或阴、阳离子、配位离子。位离子。连锁聚合包含自由基聚合、离子聚合、配位聚合、（开连锁聚合包含自由基聚合、离子聚合、配位聚合、（开环聚合）。（分子量、聚合动力学）环聚合）。（分子量、聚合动力学）第9页连锁聚合实施方法：连锁聚合实施方法：按聚合反应产物相不一样，通常可分为气相，液相和固相聚按聚合反应产物相不一样，通常可分为气相，液相和固相聚合，其中液相聚合反应应用最广。合，其中液相聚合反应应用最广。液相聚合按其反应介质和条件不一样又可分为本体聚合、溶液相聚合按其反应介质和条件不一样又可分为本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合四种形式。液聚合、悬浮聚合和乳液聚合四种形式。本体聚合，悬浮聚本体聚合，悬浮聚合，溶液聚合，乳液聚合合，溶液聚合，乳液聚合（配方成份、聚合场所、聚合机理、（配方成份、聚合场所、聚合机理、优缺点）。优缺点）。第10页（1）本体聚合）本体聚合定义：单体在不加或加入少许引发剂，或在光、热、辐定义：单体在不加或加入少许引发剂，或在光、热、辐射条件下聚合，称本体聚合，亦称块状聚合。射条件下聚合，称本体聚合，亦称块状聚合。本体聚合特点是：本体聚合特点是：反应速率及产物分子量随转化率提升而增大；反应速率及产物分子量随转化率提升而增大；聚合过程中存在自动加速效应。聚合过程中存在自动加速效应。本体聚合实施方法首先要考虑反应热排除问题。本体聚合实施方法首先要考虑反应热排除问题。本体聚合方法优点：生产设备少、工序简单、产品纯度高。本体聚合方法优点：生产设备少、工序简单、产品纯度高。本体聚合方法缺点：是反应热导出困难，致使反应温度不均匀。可能造本体聚合方法缺点：是反应热导出困难，致使反应温度不均匀。可能造成产物分子量分布较宽、产品有气泡、易老化、变色等问题。成产物分子量分布较宽、产品有气泡、易老化、变色等问题。第11页（2）悬浮聚合）悬浮聚合 悬浮聚会是利用强力搅拌，使单体（分散相）呈细液滴状态分散于另悬浮聚会是利用强力搅拌，使单体（分散相）呈细液滴状态分散于另一个物质（分散介质）中。一个物质（分散介质）中。单体引发剂分散介质（水）悬浮剂单体引发剂分散介质（水）悬浮剂 聚合物聚合物 球状聚合：聚合过程中，单体与聚合物相溶，则可得到透明小珠。球状聚合：聚合过程中，单体与聚合物相溶，则可得到透明小珠。St、MMA颗粒状聚合：若单体与聚合物不相溶，形成不透明颗粒；如氯乙颗粒状聚合：若单体与聚合物不相溶，形成不透明颗粒；如氯乙烯、四氟乙烯等聚合。烯、四氟乙烯等聚合。特点：悬浮聚合聚合热可借分散介质（水）排除，温度特点：悬浮聚合聚合热可借分散介质（水）排除，温度易于控制，工艺简单，产物后处理也比较方便。易于控制，工艺简单，产物后处理也比较方便。第12页（3）乳液聚合）乳液聚合 它是在乳化剂及搅拌条件下，将单体分散于介质中而成乳液，然后进行它是在乳化剂及搅拌条件下，将单体分散于介质中而成乳液，然后进行聚合。聚合。单体单体+引发剂引发剂+乳化剂乳化剂+介质（介质（水）水）聚合物聚合物 乳液聚合优点是：通常以水为介质、价廉、安全，聚合速率高、乳液聚合优点是：通常以水为介质、价廉、安全，聚合速率高、分子量高，便于直接使用胶乳场所。分子量高，便于直接使用胶乳场所。缺点是；当聚合为了得到固体聚合物时，需破乳、洗涤、脱水、缺点是；当聚合为了得到固体聚合物时，需破乳、洗涤、脱水、干燥等一系列后处理工序，而产品乳化剂也难以除净。干燥等一系列后处理工序，而产品乳化剂也难以除净。第13页粒径：乳液普通粒径为粒径：乳液普通粒径为0.050.15um，常在，常在1um以内，比悬浮聚合以内，比悬浮聚合粒径粒径0.052mm 小得多。小得多。引发剂：悬浮聚合多用油溶性引发剂，而乳液聚合则用水溶性引发引发剂：悬浮聚合多用油溶性引发剂，而乳液聚合则用水溶性引发剂。剂。分子量：在乳液分子量：在乳液 聚合中，长链自由基极难彼此相遇，所以寿命较聚合中，长链自由基极难彼此相遇，所以寿命较长，终止速率小，聚合速率大分子量高。而本体、悬浮和溶液聚长，终止速率小，聚合速率大分子量高。而本体、悬浮和溶液聚合提升速率一切原因，往往会使分子量降低。合提升速率一切原因，往往会使分子量降低。乳液聚合与悬浮聚合区分？乳液聚合与悬浮聚合区分？第14页（4）溶液聚合）溶液聚合单体在溶液中聚会方法叫作溶液聚合。单体在溶液中聚会方法叫作溶液聚合。单体单体 引发剂引发剂 十溶剂（包含水）十溶剂（包含水）聚合物聚合物均相溶液聚合：单体和聚合物都溶于溶剂均相溶液聚合：单体和聚合物都溶于溶剂 非均相溶液聚合非均相溶液聚合：单体溶于溶剂而聚合物不溶，故又称沉：单体溶于溶剂而聚合物不溶，故又称沉淀聚合。淀聚合。特点：溶液聚会粘度低，传热易控制，引发剂分散均匀，引特点：溶液聚会粘度低，传热易控制，引发剂分散均匀，引发效率高。发效率高。缺点：因为聚会单体浓度低，因而生产效率不高，易产生向缺点：因为聚会单体浓度低，因而生产效率不高，易产生向溶剂转移反应，使分子量降低。另外，溶剂有些需要回收、溶剂转移反应，使分子量降低。另外，溶剂有些需要回收、分离，所以在应用上受到一定限制。分离，所以在应用上受到一定限制。第15页2 2 2 2、逐步聚合特点：逐步形成形成大分子，可分为逐、逐步聚合特点：逐步形成形成大分子，可分为逐、逐步聚合特点：逐步形成形成大分子，可分为逐、逐步聚合特点：逐步形成形成大分子，可分为逐步缩聚和逐步加聚两大类步缩聚和逐步加聚两大类步缩聚和逐步加聚两大类步缩聚和逐步加聚两大类 。（分子量，转化率）。（分子量，转化率）。（分子量，转化率）。（分子量，转化率）逐步缩聚反应逐步缩聚反应是指含有两个或两个以上它能团同种或不一样种低是指含有两个或两个以上它能团同种或不一样种低分子物（单体），经屡次重复地进行缩合而形成聚合反应。同时分子物（单体），经屡次重复地进行缩合而形成聚合反应。同时有低分子物析出。有低分子物析出。第16页逐步加聚反应：系指单体分子官能团之间，逐步地相互发逐步加聚反应：系指单体分子官能团之间，逐步地相互发生加成作用，形成聚合物，而无小分子物析出。生加成作用，形成聚合物，而无小分子物析出。第17页逐步缩合反应实施方法逐步缩合反应实施方法（1）熔融缩聚法）熔融缩聚法 聚合反应在单体和聚合物熔点以上进行，聚合反应在单体和聚合物熔点以上进行，故称熔融缩聚，比如：合成涤纶、酯交换法制备聚酯和聚故称熔融缩聚，比如：合成涤纶、酯交换法制备聚酯和聚酰胺等生产多用此法。酰胺等生产多用此法。该法优点是反应物浓度高，聚合物产量、质量普通很好，设备该法优点是反应物浓度高，聚合物产量、质量普通很好，设备简单，投资较少。简单，投资较少。（2）溶液缩聚法）溶液缩聚法 单体加适当催化剂于溶剂中（包含水）进行缩单体加适当催化剂于溶剂中（包含水）进行缩聚，称溶液缩聚。单体活性要高。聚，称溶液缩聚。单体活性要高。本法生产设备简单，与熔融法相比，设备利用率低。另外，本法生产设备简单，与熔融法相比，设备利用率低。另外，还包括到溶剂回收问题。在聚砜、聚苯醚合成和尼龙一还包括到溶剂回收问题。在聚砜、聚苯醚合成和尼龙一66合合成前期多采取此法。成前期多采取此法。第18页（3）界面缩聚法）界面缩聚法 将两种单体，分别溶于两种不相溶溶剂中，将两种单体，分别溶于两种不相溶溶剂中，反应在界面上进行。此法是非均相体系，反应在界面上进行。此法是非均相体系，（4）固相缩聚法）固相缩聚法 固相缩聚法是指单体在固态下进行缩聚。固相缩聚法是指单体在固态下进行缩聚。固相反应温度比熔融缩聚要低，反应迟缓，反应速率随温度升固相反应温度比熔融缩聚要低，反应迟缓，反应速率随温度升高而增大高而增大 第19页自由基聚合自由基聚合线型缩聚线型缩聚可显著地分成往引发，增加，终止等基元反应，引发速率最慢，控制总反应速率无显著或无所谓链引发，增加和终止，各步反应速率常数和活化能基本相同存在活性中心，能快速与单体加成，使键增加，从单体引发到形成高聚物时间极短，普通不停留在中等聚合度阶段。无活性中心，聚合一开始，单体几乎全部缩聚成低聚物，体系内组分间都可进行反应，使分子量逐步增大，反应可暂停在某一聚合度阶段。聚合过程中单体降低，聚合物转化率对应增加开始单体几乎100转化为低聚物，过程中转化率改变小，反应程度逐步增加延长时间主要是提升转化率，对分子量影响较小延长时间主要是提升分子量，而转化率改变较小反应体系组成仅有单体和高聚物及微量活性种任何阶段都是由聚合度不等同系物组成阻聚剂可毁灭活性中心，使聚合终止有平衡移动限制，单体百分比不妥，温度过低等，可使缩聚反应暂停，当这类原因消除后，反应继续进行。第20页五、高分子化合物改性路径五、高分子化合物改性路径 高分子化合物是高分子材料基础高分子化合物是高分子材料基础，决定了材料性能；，决定了材料性能；高分子化合物改性为新型材料开发开扩思绪。高分子化合物改性为新型材料开发开扩思绪。1、共聚改性、共聚改性 共聚合研究在理论和实践中都含有主要意义共聚合研究在理论和实践中都含有主要意义 无规共聚物、交替共聚物无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物、接枝共聚物 第21页主单体主单体第二单体第二单体改性与用途改性与用途乙烯乙烯乙烯乙烯异丁烯异丁烯丁二烯丁二烯丁二烯丁二烯苯乙烯苯乙烯氯乙烯氯乙烯四氟乙烯四氟乙烯MMAMMA丙烯腈丙烯腈马来酸酐马来酸酐醋酸乙烯酯醋酸乙烯酯丙烯丙烯异戊二烯异戊二烯苯乙烯苯乙烯丙烯腈丙烯腈丙烯腈丙烯腈醋酸乙烯酯醋酸乙烯酯全氟丙烯全氟丙烯苯乙烯苯乙烯丙烯酸甲酯衣康酸丙烯酸甲酯衣康酸醋酸乙烯酯或醋酸乙烯酯或stst增加柔性，软塑料，作PVC共混料破坏结晶，增加柔性和弹性引入双键，可交联作丁基橡胶增加强度，通用SBBR增加耐油性，作NBR提升抗冲击性，增韧塑料增加塑性和溶解能力，作塑料、涂料破坏结构规整性，增加柔性，作特种塑料改进流动性、加工性，用作塑料改进柔性和染色性，合成纤维改进聚合性能，用作分散剂和织物处理剂几个二元共聚改性情况几个二元共聚改性情况 第22页高分子化学反应包含聚合物分子链官能团反应和聚合物在高分子化学反应包含聚合物分子链官能团反应和聚合物在高分子化学反应包含聚合物分子链官能团反应和聚合物在高分子化学反应包含聚合物分子链官能团反应和聚合物在外界一些物理和化学原因作用下进行化学反应。外界一些物理和化学原因作用下进行化学反应。外界一些物理和化学原因作用下进行化学反应。外界一些物理和化学原因作用下进行化学反应。目标：对现有聚合物进行改性，从而得到新型聚合物材料。可制备品目标：对现有聚合物进行改性，从而得到新型聚合物材料。可制备品种繁多嵌段和接枝共聚物，扩大聚合物材料使用范围。研究外界条件种繁多嵌段和接枝共聚物，扩大聚合物材料使用范围。研究外界条件对聚合物影响，延缓高分子材料老化。对聚合物影响，延缓高分子材料老化。2、聚合物化学反应改性、聚合物化学反应改性 第23页3、聚合物共混改性、聚合物共混改性 将不一样聚合物，加入一些助剂（或不加入），经共混后形成性能优将不一样聚合物，加入一些助剂（或不加入），经共混后形成性能优异材料，称异材料，称“合金合金”材料。材料。共混改性方法有物理混正当和化学混正当，物理混正当有机械混合、溶共混改性方法有物理混正当和化学混正当，物理混正当有机械混合、溶液或乳液混合。化学混正当有接技共聚共混、交联共聚共混。化学混正液或乳液混合。化学混正当有接技共聚共混、交联共聚共混。化学混正当普通工厂难以实施，当前多数采取机械混合物理方法。当普通工厂难以实施，当前多数采取机械混合物理方法。第24页从从原材料上看主要上看主要有有有机化有机化有机化有机化合物和助剂合物和助剂合物和助剂合物和助剂两部分两部分 从从生产角度上它包含上它包含加工和加工和加工和加工和合成合成合成合成两个主要工艺路线两个主要工艺路线 从化学建材或精细化学品生产、应用和开发要求出发，需要具备从化学建材或精细化学品生产、应用和开发要求出发，需要具备聚合物生产工艺基本知识。聚合物生产工艺基本知识。(化工制图及合成工艺内容，化工制图及合成工艺内容，不讲）不讲）六 聚合物生产工艺 化学建材生产化学建材生产第25页