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高分子材料合成工艺课件(PPT 67张)
1925-1935年,逐渐明确了有关高分子化合物的基本概念,诞生 了“高分子化学”这一新兴学科。反过来,它又有力地促进高 分子化合物的工业生产。
20世纪 40年代初,由于第二次世界大战所需橡胶数量巨大,大 力发展合成橡胶,奠定了石油化学工业的基础。 20世纪50年代以后, Ziegler-Natta 发现了由有机金属化合物和 过渡金属化合物组成的催化剂体系,可以容易地使烯烃、二烯 烃聚合为性能优良的高聚物,同时由于石油化学工业的建立与 发展,高分子合成材料的产量激增。 国家统计局最新数据显示, 2013年我国三大合成材料产量增长 情况,1~7月,合成橡胶、初级形态塑料和化学纤维三大合成材 料产量与去年同期相比均有所增长,其中合成橡胶产量为225.45 万吨,同比增长 3.71%;初级形态塑料产量为 3311.54 万吨,同 比增长7.97%;化学纤维产量为2335.28万吨,同比增长8.46%。
21世纪展望 进入21世纪,材料科学的高速发展与高新技术的广 泛采用使高分子材料合成工业进入一个崭新的时期。
3. 我国高分子材料合成工业现状
我们古代祖先早已经使用各种天然高分子材料,创造了灿烂的 华夏文明。
19世纪末期才开始出现天然高分子加工工业。
1949年,我国主要合成树脂产量约200t,合成橡胶也约200t。
第一章 前 言
第一节 高分子合成工业概述
1. 高分子合成材料
天然有机材料 蚕丝、羊毛、皮革、棉花、木材及天然橡胶等。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
高分子合成材料
塑料、合成纤维、合成橡胶、涂料、粘合剂、 离子交换树脂等材料。
塑料可以代替大量钢材、有色金属、木材、塑料薄膜等; 合成纤维比天然纤维(棉花、羊毛、蚕丝等)更为牢固耐久。
高分子材料合成工艺
主要参考书目:
1.赵德仁,张慰盛编,《高聚物合成工艺学》,北京,化学工 业出版社,1997年6月,第2版
2. 潘祖仁编,《高分子化学》,化学工业出版社,1986。 3. 李克友等编,《高分子合成原理及工艺学》,科学出版社, 2001。 4.韦军主编,《高分子合成工艺学》,华东理工大学出版社, 2011
新中国成立后,我国的高分子材料合成工业从无到有、从小到 大,发展至今已形成一个完整的工业体系。 目前,各类材料生产配套、产品品种基本齐全,已广泛用于国 民经济和生活的各个领域。相继建成若干大型石油化工基地如 燕山、兰州、吉林、大庆、齐鲁、金山、仪征、高桥、辽阳等。
我国高分子材料合成工业差距
我国的高分子材料正逐步与国际市场接轨,但是相比之下仍然 暴露出品种牌号太少,尤其是高档产品和许多专用的、高附加 值的功能高分子材料在国内尚缺少工业产品。 生产出的产品质置档次低,且成本高,规模小,缺乏竞争力。 例如,1995年我国有涂料生产企业4544家,是美国的9倍,而人 均涂料年产量仅有美国的九分之一。 工业生产主体装置的大部分工艺技术和关键设备是成套引进的, 但是还没有很好的消化吸收,继续创新能力不足。
(2) 产品结构调整
我国目前的产品尚存在结构不合理,与国外相比,同样是聚乙烯 和聚丙烯我国仅有200多个牌号,而国外则超过数千种;低密度 聚乙烯国内有143个牌号的生产技术,经常生产的只有30个,而 且主要是通用膜、农膜、包装膜,其中占产量60%的薄膜牌号基 本上是‘大路货’。 (3) 加强高分子材料科学与工艺学的理论基础研究 (4) 催化剂的重大作用 催化剂的研究改进方向主要是提高催化效率以增加生产能力和 生产效率并降低成本,追求更高的催化效率仍然是合成材料技 术进步的重要目标。
天然高聚物的主要用途
20世纪是高分子材料合成工业不断发展壮大的时期
1910 年,美国正式工业化生产酚醛树脂,随后相继合成出丁苯 橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、尼龙-66、聚酯纤维、高压聚乙烯 和聚氯乙烯,产量和品种在世界大战中得到快速发展。 1920年,H. Staudinger提出了“高分子化合物的概念,建立了 大分子链的学术观点并系统研究了加聚反应。 1931年,W. H. Carothers提出高聚物溶解与合成的理论,同时 广泛研究了缩聚反应。 Flory也系统研究了高分子链行为和高分 子溶液理论。
例1. 生产1 kt天然橡胶,要300万株橡胶树,占地约3万亩,而 且需5000-6000人。而生产1 kt合成橡胶,厂房占地仅l0亩左右, 仅需几十人。现代化的合成橡胶生产装置一条生产线年产量可 高达5-8万t。年产100万t天然橡胶可节约1000万亩土地,节约 种植劳动力500万人。
例2. 一个年产10万t合成纤维工厂相当于200多万亩棉田的产量, 也相当于2000万多头绵羊的年产毛量,我国如能年产100万t合 成纤维,可节约2000多万亩土地,可养活3000-4000万人口。
2. 高分子合成材料发展简史
人类社会早期就开始了对天然高分子材料的利用,包括蚕丝、 羊毛、皮革、棉花、木材及天然橡胶等。 早期,我国劳动人民利用天然桐油,经适当处理制成油漆。 19世纪中期,开始通过化学反应对天然高分子材料进行改性。 1839年,美国人发明了天然橡胶的硫化。 1855年,英国人由硝酸处理纤维素制得塑料(赛璐珞),以后又相 继制成人造纤维。80年代末期用蛋白质-乳酪素为原料获得了乳 酪素塑料。它们又叫做半合成材料。 1883年,法国人发明了用乙酸酐与纤维素制人造丝(粘胶纤维)。
易贸研究中心认为,化学纤维和初级形态的塑料产量增长加快, 主要是由于下游相关产品需求比较稳定,尤其是出口方面。根 据海关总署统计数据,1~7月我国累计出口塑料制品504.92万吨, 同比增长 5.3%;纺织品服装累计出口 941.43 亿美元,同比增长 13.5%。
合成高聚物的主要用途
世界三大合成材料产量(万吨)
由于化学工程基础研究和相关工程技术薄弱,科研开发与工程 设计结合不够紧密,反应工程研究基础弱。
目前我国进口的主要高分子材料几乎与国内生产总量相当。
4. 我国高分子材料合成工业发展趋势
(1) 扩大产能及装置大型化 近几十年来,石化工业不断向大型化、超大型化方向发展, 一定条件范围内,规模与成本成反比关系。 例如,乙烯装置的经济规模已从l万吨/年,持续增长为30万t/ 年、60万t/年。在2l世纪将达到100万t/年以上.全球最大的单 系列聚丙烯装置规模为95万t/年。 国内目前正在积极向大型化发展,多家企业正在将乙烯产能 扩大到60万-70万t/年,在建的聚烯烃装置的规模大都在20万40万t/年的水平。