化学建材.pptx

uu化学建材成为继钢材、水泥、木材之后的我国第四大化学建材成为继钢材、水泥、木材之后的我国第四大化学建材成为继钢材、水泥、木材之后的我国第四大化学建材成为继钢材、水泥、木材之后的我国第四大类的建筑材料。类的建筑材料。类的建筑材料。类的建筑材料。uu可以替代木材、粘土等宝贵的天然资源；可以替代木材、粘土等宝贵的天然资源；可以替代木材、粘土等宝贵的天然资源；可以替代木材、粘土等宝贵的天然资源；uu能耗低，通常每生产能耗低，通常每生产能耗低，通常每生产能耗低，通常每生产1t 1t 1t 1t 材料的能耗，塑料、钢材、铝材比材料的能耗，塑料、钢材、铝材比材料的能耗，塑料、钢材、铝材比材料的能耗，塑料、钢材、铝材比例为例为例为例为1:4.5:8 1:4.5:8 1:4.5:8 1:4.5:8。uu化学建材隔热保温性能优。化学建材隔热保温性能优。化学建材隔热保温性能优。化学建材隔热保温性能优。uu化学建材在防腐、装饰效果以及使用寿命方面化学建材在防腐、装饰效果以及使用寿命方面化学建材在防腐、装饰效果以及使用寿命方面化学建材在防腐、装饰效果以及使用寿命方面(塑料管可使塑料管可使塑料管可使塑料管可使用用用用50 50 50 50 年，而铸铁管只有年，而铸铁管只有年，而铸铁管只有年，而铸铁管只有1010101020202020年年年年)更是具有无可比拟的优越特更是具有无可比拟的优越特更是具有无可比拟的优越特更是具有无可比拟的优越特性。性。性。性。环保节能型建环保节能型建环保节能型建环保节能型建筑材料筑材料筑材料筑材料 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 首先从高分子化学与物理的角度上介绍高分子化首先从高分子化学与物理的角度上介绍高分子化首先从高分子化学与物理的角度上介绍高分子化首先从高分子化学与物理的角度上介绍高分子化合物的有关概念、合成方法和改性途径，这是化学合物的有关概念、合成方法和改性途径，这是化学合物的有关概念、合成方法和改性途径，这是化学合物的有关概念、合成方法和改性途径，这是化学建材生产和应用的重要化学基础。建材生产和应用的重要化学基础。建材生产和应用的重要化学基础。建材生产和应用的重要化学基础。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、高分子化合物的基本特征一、高分子化合物的基本特征一、高分子化合物的基本特征一、高分子化合物的基本特征 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达到一定达到一定达到一定达到一定程度程度程度程度的化合物。的化合物。的化合物。的化合物。典型的高分子化合物的分子量为典型的高分子化合物的分子量为10104 410106 6或以上，或以上，构成分子的原子数可达构成分子的原子数可达10103 310105 5或以上或以上。引起物质性能的变化（质变），特别是机械性引起物质性能的变化（质变），特别是机械性能的显著提高，为构成高分子材料奠定了材质能的显著提高，为构成高分子材料奠定了材质上基础。上基础。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；高分子化合物的相对分子量一般是指其平均相对分子量高分子化合物的相对分子量一般是指其平均相对分子量高分子化合物的相对分子量与低分子化合物相对分高分子化合物的相对分子量与低分子化合物相对分子量的区别子量的区别高分子是不同聚高分子是不同聚合度的同系物构合度的同系物构成（混合物）成（混合物）表达方式？表达方式？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的分散性的分散性（重均（重均/数均）数均）二、高分子化合物的基本结构层次二、高分子化合物的基本结构层次二、高分子化合物的基本结构层次二、高分子化合物的基本结构层次以上与低分子化合物共有化合物的结构决定性能化合物的结构决定性能 ，对于高分子来讲，它的结构，对于高分子来讲，它的结构分为三个层次：分为三个层次：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 高分子化合物的结构形态高分子化合物的结构形态 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-性能性能四、高分子化合物的合成方法四、高分子化合物的合成方法四、高分子化合物的合成方法四、高分子化合物的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的组成和结构产物的组成和结构变化分类：加聚与缩聚变化分类：加聚与缩聚1.连锁聚合的特点：连锁性；链引发、链增长、链终止连锁聚合的特点：连锁性；链引发、链增长、链终止等几步基元反应。等几步基元反应。一般在反应过程中生成活性链自由基或阴、阳离子、配一般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。连锁聚合包括自由基聚合、离子聚合、配位聚合、（开连锁聚合包括自由基聚合、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）连锁聚合实施方法：连锁聚合实施方法：按聚合反应产物相的不同，通常可分为气相，液相和固相聚按聚合反应产物相的不同，通常可分为气相，液相和固相聚合，其中液相聚合反应的应用最广。合，其中液相聚合反应的应用最广。液相聚合按其反应介质和条件的不同又可分为本体聚合、溶液相聚合按其反应介质和条件的不同又可分为本体聚合、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（配方成分、聚合场所、聚合机理、（配方成分、聚合场所、聚合机理、优缺点）。优缺点）。（1）本体聚合）本体聚合定义：单体在不加或加入少量的引发剂，或在光、热、定义：单体在不加或加入少量的引发剂，或在光、热、辐射的条件下聚合，称本体聚合，亦称块状聚合。辐射的条件下聚合，称本体聚合，亦称块状聚合。本体聚合的特点是：本体聚合的特点是：反应速率及产物的分子量随转化率的提高而增大；反应速率及产物的分子量随转化率的提高而增大；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的排除问题。本体聚合实施方法首先要考虑反应热的排除问题。本体聚合方法的优点：生产设备少、工序简单、产品纯度高。本体聚合方法的优点：生产设备少、工序简单、产品纯度高。本体聚合方法的缺点：是反应热导出困难，致使反应温度不均匀。可能本体聚合方法的缺点：是反应热导出困难，致使反应温度不均匀。可能造成产物的分子量分布较宽、产品有气泡、易老化、变色等问题。造成产物的分子量分布较宽、产品有气泡、易老化、变色等问题。（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种物质（分散介质）中。一种物质（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，则可得到透明的小珠。球状聚合：聚合过程中，单体与聚合物相溶，则可得到透明的小珠。St、MMA颗粒状聚合：若单体与聚合物不相溶，形成不透明的颗粒；如氯颗粒状聚合：若单体与聚合物不相溶，形成不透明的颗粒；如氯乙烯、四氟乙烯等的聚合。乙烯、四氟乙烯等的聚合。特点：悬浮聚合的聚合热可借分散介质（水）排除，温特点：悬浮聚合的聚合热可借分散介质（水）排除，温度易于控制，工艺简单，产物的后处理也比较方便。度易于控制，工艺简单，产物的后处理也比较方便。（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 乳液聚合的优点是：通常以水为介质、价廉、安全，聚合速率高、乳液聚合的优点是：通常以水为介质、价廉、安全，聚合速率高、分子量高，便于直接使用胶乳的场合。分子量高，便于直接使用胶乳的场合。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，而产品的乳化剂也难以除净。干燥等一系列后处理工序，而产品的乳化剂也难以除净。粒径：乳液的一般粒径为粒径：乳液的一般粒径为0.050.15um，常在，常在1um以内，比悬浮聚以内，比悬浮聚合的粒径合的粒径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，长链自由基很难彼此相遇，所以寿命较聚合中，长链自由基很难彼此相遇，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、悬浮和溶液聚合提高速率的一切因素，往往会使分子量降低。合提高速率的一切因素，往往会使分子量降低。乳液聚合与悬浮聚合的区别？乳液聚合与悬浮聚合的区别？（4）溶液聚合）溶液聚合单体在溶液中聚会的方法叫作溶液聚合。单体在溶液中聚会的方法叫作溶液聚合。单体单体 引发剂引发剂 十溶剂（包括水）十溶剂（包括水）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：由于聚会单体浓度低，因而生产效率不高，易产生向缺点：由于聚会单体浓度低，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，因此在应用上受到一定限制。分离，因此在应用上受到一定限制。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的同种或不同种低是指含有两个或两个以上它能团的同种或不同种低分子物（单体），经多次重复地进行缩合而形成聚合的反应。同分子物（单体），经多次重复地进行缩合而形成聚合的反应。同时有低分子物析出。时有低分子物析出。逐步加聚反应：系指单体分子的官能团之间，逐步地相互逐步加聚反应：系指单体分子的官能团之间，逐步地相互发生加成作用，形成聚合物，而无小分子物析出。发生加成作用，形成聚合物，而无小分子物析出。逐步缩合反应的实施方法逐步缩合反应的实施方法（1）熔融缩聚法）熔融缩聚法 聚合反应在单体和聚合物的熔点以上进聚合反应在单体和聚合物的熔点以上进行，故称熔融缩聚，例如：合成涤纶、酯交换法制备聚酯行，故称熔融缩聚，例如：合成涤纶、酯交换法制备聚酯和聚酰胺等的生产多用此法。和聚酰胺等的生产多用此法。该法的优点是反应物的浓度高，聚合物的产量、质量一般较好，该法的优点是反应物的浓度高，聚合物的产量、质量一般较好，设备简单，投资较少。设备简单，投资较少。（2）溶液缩聚法）溶液缩聚法 单体加适当的催化剂于溶剂中（包括水）进行单体加适当的催化剂于溶剂中（包括水）进行的缩聚，称溶液缩聚。单体活性要高。的缩聚，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，还涉及到溶剂回收问题。在聚砜、聚苯醚的合成和尼龙一还涉及到溶剂回收问题。在聚砜、聚苯醚的合成和尼龙一66的合成前期多采用此法。的合成前期多采用此法。（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的溶剂将两种单体，分别溶于两种不相溶的溶剂中，反应在界面上进行。此法是非均相体系，中，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。固相反应的温度比熔融缩聚要低，反应缓慢，反应速率随温度固相反应的温度比熔融缩聚要低，反应缓慢，反应速率随温度升高而增大升高而增大 自由基聚合自由基聚合线型缩聚线型缩聚可明显地分成往引发，增长，终止等基元可明显地分成往引发，增长，终止等基元反应，引发速率最慢，控制总反应速率反应，引发速率最慢，控制总反应速率无明显或无所谓链的引发，增长和终止，无明显或无所谓链的引发，增长和终止，各步反应速率常数和活化能基本相同各步反应速率常数和活化能基本相同存在活性中心，能迅速与单体加成，使键存在活性中心，能迅速与单体加成，使键增长，从单体引发到形成高聚物的时间极增长，从单体引发到形成高聚物的时间极短，一般不停留在中等聚合度阶段。短，一般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，体系内的组分间都可进行缩聚成低聚物，体系内的组分间都可进行反应，使分子量逐步增大，反应可暂停在反应，使分子量逐步增大，反应可暂停在某一聚合度阶段。某一聚合度阶段。聚合过程中单体减少，聚合物的转化率相聚合过程中单体减少，聚合物的转化率相应增加应增加开始单体几乎开始单体几乎100的转化为低聚物，过的转化为低聚物，过程中的转化率变化小，反应程度逐步增加程中的转化率变化小，反应程度逐步增加延长时间主要是提高转化率，对分子量影延长时间主要是提高转化率，对分子量影响较小响较小延长时间主要是提高分子量，而转化率变延长时间主要是提高分子量，而转化率变化较小化较小反应体系的组成仅有单体和高聚物及微量反应体系的组成仅有单体和高聚物及微量活性种活性种任何阶段都是由聚合度不等的同系物组成任何阶段都是由聚合度不等的同系物组成阻聚剂可消灭活性中心，使聚合终止阻聚剂可消灭活性中心，使聚合终止有平衡移动的限制，单体比例不当，温度有平衡移动的限制，单体比例不当，温度过低等，可使缩聚反应暂停，当这类因素过低等，可使缩聚反应暂停，当这类因素消除后，反应继续进行。消除后，反应继续进行。五、高分子化合物改性的途径五、高分子化合物改性的途径 高分子化合物是高分子材料的基础高分子化合物是高分子材料的基础，决定了材料的性能；，决定了材料的性能；高分子化合物的改性为新型材料的开发开扩思路。高分子化合物的改性为新型材料的开发开扩思路。1、共聚改性、共聚改性 共聚合的研究在理论和实践中都具有重要意义共聚合的研究在理论和实践中都具有重要意义 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 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，作增加柔性，软塑料，作PVCPVC共混料共混料破坏结晶，增加柔性和弹性破坏结晶，增加柔性和弹性引入双键，可交联作丁基橡胶引入双键，可交联作丁基橡胶增加强度，通用增加强度，通用SBBRSBBR增加耐油性，作增加耐油性，作NBRNBR提高抗冲击性，增韧塑料提高抗冲击性，增韧塑料增加塑性和溶解能力，作塑料、涂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，作特种塑料破坏结构规整性，增加柔性，作特种塑料改善流动性、加工性，用作塑料改善流动性、加工性，用作塑料改善柔性和染色性，合成纤维改善柔性和染色性，合成纤维改善聚合性能，用作分散剂和织物处理剂改善聚合性能，用作分散剂和织物处理剂几种二元共聚改性的情况几种二元共聚改性的情况 高分子化学反应包括聚合物分子链官能团的反应和聚合物高分子化学反应包括聚合物分子链官能团的反应和聚合物高分子化学反应包括聚合物分子链官能团的反应和聚合物高分子化学反应包括聚合物分子链官能团的反应和聚合物在外界某些物理和化学因素作用下进行的化学反应。在外界某些物理和化学因素作用下进行的化学反应。在外界某些物理和化学因素作用下进行的化学反应。在外界某些物理和化学因素作用下进行的化学反应。目的：对现有聚合物进行改性，从而得到新型聚合物材料。可制备品目的：对现有聚合物进行改性，从而得到新型聚合物材料。可制备品种繁多的嵌段和接枝共聚物，扩大聚合物材料的使用范围。研究外界种繁多的嵌段和接枝共聚物，扩大聚合物材料的使用范围。研究外界条件对聚合物的影响，延缓高分子材料老化。条件对聚合物的影响，延缓高分子材料老化。2、聚合物的化学反应改性、聚合物的化学反应改性 3、聚合物的共混改性、聚合物的共混改性 将不同的聚合物，加入某些助剂（或不加入），经共混后形成性能优将不同的聚合物，加入某些助剂（或不加入），经共混后形成性能优异的材料，称异的材料，称“合金合金”材料。材料。共混改性的方法有物理混合法和化学混合法，物理混合法有机械混合、共混改性的方法有物理混合法和化学混合法，物理混合法有机械混合、溶液或乳液混合。化学混合法有接技共聚共混、交联共聚共混。化学混溶液或乳液混合。化学混合法有接技共聚共混、交联共聚共混。化学混合法一般工厂难以实施，目前多数采用机械混合的物理方法。合法一般工厂难以实施，目前多数采用机械混合的物理方法。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括上它包括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的生产、应用和开发的要求出发，需要从化学建材或精细化学品的生产、应用和开发的要求出发，需要具备聚合物生产工艺的基本知识。具备聚合物生产工艺的基本知识。(化工制图及合成工艺化工制图及合成工艺内容，不讲）内容，不讲）六 聚合物生产工艺 化学建材的生产化学建材的生产