4-绿色材料-2008

1、2021-6-141第四讲第四讲 绿色材料绿色材料主讲：任主讲：任 皞皞2021-6-142 Contents概述概述4.1玻璃玻璃4.2橡胶橡胶4.3塑料、纤维、复合材料塑料、纤维、复合材料4.4展望展望4.52021-6-143概述 1-3新材料人类文明发展的物质基础 2-4新材料人类文明发展的物质基础2021-6-144材料材料金属材料金属材料非金属材料非金属材料复合材料复合材料无机非金属材料无机非金属材料有机非金属材料有机非金属材料传统材料传统材料新型材料新型材料天然材料天然材料合成材料合成材料材料的分类：材料的分类：5-1荷兰新型材料打造绿色飞机6-1荷兰新型材料打造“绿色飞机”-荷

2、兰 新型材料2021-6-145 人类使用玻璃的历史非常久远。在人类使用玻璃的历史非常久远。在有有5000多年历史的遗迹里，人们已经发多年历史的遗迹里，人们已经发现了玻璃的器具。这种用现了玻璃的器具。这种用石英砂、石灰石英砂、石灰石等混合提炼而成的透明物体石等混合提炼而成的透明物体，可以制，可以制成门窗、灯泡、器皿、镜子等日常物品。成门窗、灯泡、器皿、镜子等日常物品。玻璃玻璃2021-6-146 玻璃玻璃具有较高的化学稳定性，耐大气、水具有较高的化学稳定性，耐大气、水酸、碱的侵蚀，且无毒性，同时可回收利用，酸、碱的侵蚀，且无毒性，同时可回收利用，一般对环境污染比较小。一般对环境污染比较小。在在

3、20世纪，自非洲世纪，自非洲某国王子长期使用铅釉的陶瓷杯产生铅中毒某国王子长期使用铅釉的陶瓷杯产生铅中毒后，进而又发现搪瓷色釉中溶出对人类有害后，进而又发现搪瓷色釉中溶出对人类有害的铅、镉物质的情况，的铅、镉物质的情况，而陶瓷釉和搪瓷色釉而陶瓷釉和搪瓷色釉的基础成分均为低熔玻璃，于是引起公众对的基础成分均为低熔玻璃，于是引起公众对玻璃中有毒物质溶出的关注，发达国家纷纷玻璃中有毒物质溶出的关注，发达国家纷纷制定了限制陶瓷釉中铅溶出量的规定，制定了限制陶瓷釉中铅溶出量的规定，4.1 玻璃概述玻璃概述2021-6-147 有些国家参照此规定来检测玻璃餐具中有些国家参照此规定来检测玻璃餐具中铅的溶出量

4、。铅的溶出量。 1972年年2月日本报纸上刊载了用铅晶质玻月日本报纸上刊载了用铅晶质玻璃瓶装威士忌酒，保存璃瓶装威士忌酒，保存5年后，从酒中检测了年后，从酒中检测了0.051.210-6 的铅，于是玻璃中溶出有害的铅，于是玻璃中溶出有害物质便在日本作为问题提出。近年来，我国物质便在日本作为问题提出。近年来，我国用含铅的晶质玻璃装名酒出口时，国外也在用含铅的晶质玻璃装名酒出口时，国外也在酒中测定出铅。因此玻璃中有害物质的溶出酒中测定出铅。因此玻璃中有害物质的溶出量的研究已由安瓿瓶、保温瓶的脱片，扩大量的研究已由安瓿瓶、保温瓶的脱片，扩大到食具、酒具、水具等玻璃制品方面。到食具、酒具、水具等玻璃制

5、品方面。 2021-6-1484.1.2 玻璃的污染玻璃的污染 玻璃的污染分为：玻璃本身的污染和玻璃的污染分为：玻璃本身的污染和玻璃生产过程对环境的污染。玻璃生产过程对环境的污染。 4.1.2.1玻璃本身的有害物质玻璃本身的有害物质 基础玻璃成分无毒，但可溶出有害物基础玻璃成分无毒，但可溶出有害物质，当用这类玻璃容器盛装食品时，溶出质，当用这类玻璃容器盛装食品时，溶出的铅、砷等有害元素将随食品进入人体。的铅、砷等有害元素将随食品进入人体。环境中的废玻璃溶出的有害元素，则会污环境中的废玻璃溶出的有害元素，则会污染水源和土壤，使食物链受污染。染水源和土壤，使食物链受污染。2021-6-149基础玻

6、璃成分基础玻璃成分 基础玻璃成分无毒，基础玻璃成分无毒，但含有放但含有放射性物质的添加剂，射性物质的添加剂，如发光的稀土如发光的稀土元素同位素。元素同位素。 基础玻璃成分有毒基础玻璃成分有毒，如硫、硒、，如硫、硒、碲玻璃，砷酸盐玻璃，铊玻璃，铍碲玻璃，砷酸盐玻璃，铊玻璃，铍玻璃等。玻璃等。 2021-6-14104.1.2.2玻璃工业的污染玻璃工业的污染 色彩斑烂的玻璃制品给人以赏心悦目色彩斑烂的玻璃制品给人以赏心悦目的感觉，为我们生活增添了不少的情趣的感觉，为我们生活增添了不少的情趣 。可是，在这个五彩缤纷的玻璃世界中，却可是，在这个五彩缤纷的玻璃世界中，却包含着有害的甚至剧毒的元素，包含着

7、有害的甚至剧毒的元素，如铅、铬、如铅、铬、镉、镍、铜、锰等重金属，以及砷、氟镉、镍、铜、锰等重金属，以及砷、氟 、氯、硫等非金属。氯、硫等非金属。在工业生产过程中，这在工业生产过程中，这些元素会释放、气化，污染大气、水源，些元素会释放、气化，污染大气、水源，以致对人类造成伤害以致对人类造成伤害 。2021-6-14114.1.2.3 大气污染大气污染 构成普通玻璃构成普通玻璃各种鲜艳颜色各种鲜艳颜色的重的重金属氧化物、硫化物或硫酸盐、铬酸金属氧化物、硫化物或硫酸盐、铬酸盐，特种玻璃使用的硫化砷、硒化砷、盐，特种玻璃使用的硫化砷、硒化砷、氧化铊、氧化铍在高温熔化时，产生氧化铊、氧化铍在高温熔化时

8、，产生的有毒气体的有毒气体SO2、NO2、 CO、HF等，等，少量气化进而污染大气。少量气化进而污染大气。 2021-6-1412 燃料产生的废气燃料产生的废气CO2、CO、硫氧、硫氧化物等的污染。化物等的污染。 据统计我国据统计我国1995年年SO2排放量为排放量为1396万吨，万吨，2000年约为年约为3800万吨。万吨。SO2不仅对人体有害，而且可产生酸不仅对人体有害，而且可产生酸雨。由于雨。由于SO2的污染，我国每年经济的污染，我国每年经济损失高达损失高达1100亿元。亿元。 2021-6-1413 原料粉尘及玻璃加工粉尘的污染，原料粉尘及玻璃加工粉尘的污染，是造成工人硅沉着病（硅肺）

9、的罪魁祸是造成工人硅沉着病（硅肺）的罪魁祸首。首。 我国硅沉着病发病率很高。据我国硅沉着病发病率很高。据2000年年1月份统计，我国硅沉着病病人累计达月份统计，我国硅沉着病病人累计达55万人，占全世界的万人，占全世界的1/2，并以每年，并以每年1.52.0万的速度增长，其中已死亡的万的速度增长，其中已死亡的为为13万人。万人。 2021-6-14144.1.2.4 水源污染水源污染 含磨料与抛光剂的废水含磨料与抛光剂的废水 含洗涤剂的废水含洗涤剂的废水 含含HF、H2SO4、HCl、酚的废水、酚的废水 含重金属的废水含重金属的废水 2021-6-14154.1.2.5 噪声污染噪声污染 玻璃工

10、业的噪声除各种动力设玻璃工业的噪声除各种动力设备及机械噪声外，还有摔碎玻璃产备及机械噪声外，还有摔碎玻璃产生的特有噪声，它比车间内的其他生的特有噪声，它比车间内的其他噪声高噪声高1520分贝。分贝。 2021-6-14164.1.3 玻璃工业的清洁生产玻璃工业的清洁生产 4.1.3.1 采用毒性小、挥发性低的原料采用毒性小、挥发性低的原料 * 铅玻璃以铅玻璃以硅酸铅硅酸铅代替代替红丹（红丹（Pb3O4）和）和黄丹黄丹（PbO），），可把铅的挥发量从可把铅的挥发量从20%降至降至5%。 * 磷酸盐玻璃在磷酸盐玻璃在P2O5量不高且含有量不高且含有CaO时，以时，以磷矿石或磷酸钙磷矿石或磷酸钙代替

11、代替磷酸二氢铵和磷酸氢二磷酸二氢铵和磷酸氢二铵铵，以减少磷的挥发。，以减少磷的挥发。 * 以以冰晶石冰晶石代替代替硅氟酸钠硅氟酸钠，F挥发量从挥发量从30%40%降至降至10%20%。 2021-6-14174.1.4 玻璃制品的玻璃制品的绿色化绿色化 4.1.4.1 优化玻璃的化学成分优化玻璃的化学成分 为了避免或减少玻璃容器中有害物为了避免或减少玻璃容器中有害物质的溶出，首先必须优化玻璃的化学成质的溶出，首先必须优化玻璃的化学成分。分。 在铅玻璃中加入一定数量的在铅玻璃中加入一定数量的Al2O3并用并用 Na2O代替代替K2O可减少铅的溶出量，可减少铅的溶出量，或者用或者用BaO、 ZnO

12、、TiO2代替代替PbO制晶制晶质玻璃。质玻璃。 2021-6-1418 氧化砷在玻璃的制造中用作澄清氧化砷在玻璃的制造中用作澄清剂，但其毒性较大。用砷酸钠代替氧剂，但其毒性较大。用砷酸钠代替氧化砷。化砷。 目前国内的复合澄清剂为锑、砷、目前国内的复合澄清剂为锑、砷、铈的氧化物配合而成，毒性较小。铈的氧化物配合而成，毒性较小。 2021-6-14194.1.4.3 生态环境玻璃生态环境玻璃 (1) 定义定义 : 生态环境玻璃材料生态环境玻璃材料是指具有良好的使用是指具有良好的使用性能或功能，对资源能源消耗少、对生态环性能或功能，对资源能源消耗少、对生态环境污小，再生利用率高或可降解与循环利用，

13、境污小，再生利用率高或可降解与循环利用，在制备、使用、废弃直到再生利用的整个过在制备、使用、废弃直到再生利用的整个过程与环境协调共存的玻璃材料。也称其为光程与环境协调共存的玻璃材料。也称其为光催化降解生态环境玻璃材料，或简称为光化催化降解生态环境玻璃材料，或简称为光化解环境玻璃。解环境玻璃。 2021-6-1420(2)功能功能 降解大气中由于工业废气和汽车尾气的污染降解大气中由于工业废气和汽车尾气的污染和有机污染物，室内装饰材料放出的甲醛和和有机污染物，室内装饰材料放出的甲醛和生活环境中产生的甲硫醇、硫化氢、氨气等生活环境中产生的甲硫醇、硫化氢、氨气等污染物。污染物。 降解积聚在玻璃表面的液

14、态有机物，如各种降解积聚在玻璃表面的液态有机物，如各种食用油、抽油烟机产生的焦油等。食用油、抽油烟机产生的焦油等。 抑制和杀灭环境中的微生物，起抗菌、杀菌抑制和杀灭环境中的微生物，起抗菌、杀菌和防霉的作用。和防霉的作用。2021-6-1421 玻璃表面呈超亲水性，对水完全润湿，玻璃表面呈超亲水性，对水完全润湿，可以隔离玻璃表面与吸附的灰尘、有机可以隔离玻璃表面与吸附的灰尘、有机物，使这些吸附物不易与玻璃表面结合，物，使这些吸附物不易与玻璃表面结合，在外界风力、雨水淋和水冲洗等外力和在外界风力、雨水淋和水冲洗等外力和吸附物自重的推动下，灰尘和油腻自动吸附物自重的推动下，灰尘和油腻自动地从玻璃表面

15、剥离，达到去污和自洁的地从玻璃表面剥离，达到去污和自洁的要求。要求。 2021-6-14224.1.5 展望展望 随着对绿色玻璃研究的深入，一随着对绿色玻璃研究的深入，一定会出现更多更好的玻璃。同时，开定会出现更多更好的玻璃。同时，开发各种环境相容性新材料及绿色产品，发各种环境相容性新材料及绿色产品，研究降低材料环境负担的新工艺、新研究降低材料环境负担的新工艺、新技术和新方法等方面将成为技术和新方法等方面将成为21世纪材世纪材料科学与技术发展的一个主导方向。料科学与技术发展的一个主导方向。 2021-6-1423 橡胶具有伸缩的特性，当我们橡胶具有伸缩的特性，当我们轻轻一拉再放松，会迅速恢复原

16、来轻轻一拉再放松，会迅速恢复原来的形状。橡胶分为天然橡胶和合成的形状。橡胶分为天然橡胶和合成橡胶，天然橡胶由橡胶树汁液制成，橡胶，天然橡胶由橡胶树汁液制成，合成橡胶则由石油提炼而成。日常合成橡胶则由石油提炼而成。日常生活中的许多物品，如汽车轮胎等，生活中的许多物品，如汽车轮胎等，都是由橡胶制成的。都是由橡胶制成的。4.3 橡胶橡胶2021-6-1424 4.3.1 4.3.1概述概述 “八五八五”期间期间，我国橡胶工业实现了稳定、协调的增，我国橡胶工业实现了稳定、协调的增长，全行业累计工业生产值为长，全行业累计工业生产值为18921892亿元亿元, ,年平均增长年平均增长速度为速度为8.67%

17、8.67%；19951995年工业总产值占化工行业的年工业总产值占化工行业的10%10%，利税占利税占12.7%12.7%，年耗胶量和轮胎产量在全世界名列第，年耗胶量和轮胎产量在全世界名列第三。三。“九五九五”期间期间，我国橡胶工业仍保持稳定、适度的增，我国橡胶工业仍保持稳定、适度的增长，平均年增长率为长，平均年增长率为8%8%。在新技术、新产品的自主。在新技术、新产品的自主开发能力方面正在形成新的增长点，特别是子午线开发能力方面正在形成新的增长点，特别是子午线轮胎、难燃及高强力输送带以及为汽车、家电、电轮胎、难燃及高强力输送带以及为汽车、家电、电子配套的橡胶制品。子配套的橡胶制品。 2021

18、-6-1425 废橡胶是仅次于废塑料的一种废橡胶是仅次于废塑料的一种固体高分子材料废弃物，其来源主固体高分子材料废弃物，其来源主要是废橡胶制品，即报废的轮胎、要是废橡胶制品，即报废的轮胎、人力车胎、胶管、胶带、胶鞋、工人力车胎、胶管、胶带、胶鞋、工业杂品等。如按同期产生的废旧橡业杂品等。如按同期产生的废旧橡胶约为其产量的胶约为其产量的30%40%推算，推算，我国每年的废旧橡胶量也近百万吨，我国每年的废旧橡胶量也近百万吨，故应设法处理、回收利用、再资源故应设法处理、回收利用、再资源化。随着橡胶产量的增长，环境保化。随着橡胶产量的增长，环境保护工作越来越受到人们的重视，包护工作越来越受到人们的重视

19、，包括生产过程的改进、三废处理以及括生产过程的改进、三废处理以及废胶的利用等。废胶的利用等。 视频 4-12轮胎再生的故事0512042021-6-14264.3.2 合成橡胶工业的绿色化合成橡胶工业的绿色化 4.3.2.1 工艺改革工艺改革 一些高效催化剂的诞生，使橡胶合一些高效催化剂的诞生，使橡胶合成技术由原来的溶液聚合流程简化为气成技术由原来的溶液聚合流程简化为气相聚合相聚合。新工艺提高催化剂的效率，并。新工艺提高催化剂的效率，并且残留于聚合物中的催化剂不影响橡胶且残留于聚合物中的催化剂不影响橡胶的质量；不用溶剂，省去脱除催化剂、的质量；不用溶剂，省去脱除催化剂、脱除溶剂及溶剂回收工序，

20、使流程大大脱除溶剂及溶剂回收工序，使流程大大简化。因此，减少了对环境的污染。简化。因此，减少了对环境的污染。2021-6-14274.3.2.3 废旧橡胶的回收利用废旧橡胶的回收利用 废旧橡胶的回收利用有以下 几个方面： * 原形及改制利用原形及改制利用如轮胎翻修、制作人工鱼礁、道路垫和水土保持材料及救生圈等，此法耗费的能源和人工费较少，而又使废橡胶得到了物尽其用，是一种非常有价值的利用方法。在我国，废橡胶的直接利用量占总量的30% 以上。 * 热分解利用热分解利用将废橡胶热分解，利用其产生的煤气、油料及碳黑等，但此法存在设备、 操作费用高等问题。 2021-6-1428* 再生橡胶再生橡胶将

21、废橡胶脱硫后制成再生胶并掺入橡胶制品中，可降低成本。传统的再生方法有油法、水油法，其缺点是生产效率低，性能差，能耗大，污染环境。目前国外大都以生产废胶粉为再生利用的主要手段，而以生产再生胶为辅。 * 胶粉胶粉废橡胶粉碎成胶粉，不仅可以掺入胶料代替部分生胶,而且能与沥青很好地混合,广泛用于公路建设和房屋建筑。另外，胶粉可用于改性塑料，精细胶粉还能用于涂料、油漆和粘合剂的制造。2021-6-14294.4 塑料、纤维和橡胶塑料、纤维和橡胶2021-6-14301 1、塑料、塑料热塑性塑料热塑性塑料( (聚乙烯聚乙烯, , 聚氯乙烯聚氯乙烯, , 聚丙烯等聚丙烯等) )塑料塑料热固性塑料（酚醛塑料）

22、热固性塑料（酚醛塑料）特性：特性：受热时软化并可熔化成流动的液受热时软化并可熔化成流动的液体，冷却后变成固体，加热后又熔化，体，冷却后变成固体，加热后又熔化，可反复加工，多次使用可反复加工，多次使用特性：特性：在制造过程中受热时能变软塑成一在制造过程中受热时能变软塑成一定的形状，但加工成型后就不会受热熔化定的形状，但加工成型后就不会受热熔化 主要成分主要成分: : 树脂及增塑剂、防老化剂树脂及增塑剂、防老化剂塑料是相对分子质量很大的聚合物，往往由小分塑料是相对分子质量很大的聚合物，往往由小分子的带有不饱和键有机物（单体）聚合而成子的带有不饱和键有机物（单体）聚合而成2021-6-1431热塑性

23、塑料固态时的线型结构热塑性塑料固态时的线型结构热固性塑料硬化后的体型网状结构热固性塑料硬化后的体型网状结构热固性塑料热固性塑料再次受热时，再次受热时，链与链间会形成共价键，链与链间会形成共价键，产生一些交联，形成体型产生一些交联，形成体型网状结构网状结构，硬化定型，硬化定型为什么两种塑料的特性不同呢为什么两种塑料的特性不同呢? ?热塑性塑料热塑性塑料具有长链状具有长链状的的线型结构线型结构。受热时，受热时，分子间作用力减弱，易分子间作用力减弱，易滑动；冷却时，相互引滑动；冷却时，相互引力增强，会重新硬化力增强，会重新硬化2021-6-1432 塑料中的原子是以共价键形成的，没有塑料中的原子是以

24、共价键形成的，没有自由移动的离子。因此，在一般情况下塑料自由移动的离子。因此，在一般情况下塑料不易导电，是良好的电绝缘材料。不易导电，是良好的电绝缘材料。阅读：阅读：“科学视野科学视野导电聚合物导电聚合物” 从科学视野我们可以知道，从科学视野我们可以知道，塑料的电绝缘性是相对的塑料的电绝缘性是相对的，导电，导电聚合物的应用前景十分广阔，科聚合物的应用前景十分广阔，科学的发展是无止境的。学的发展是无止境的。学与问学与问从塑料的结构分析从塑料的结构分析, 塑料在一般情况下会导电吗塑料在一般情况下会导电吗?了解了解: :常见塑料的化学成分、性质和用途常见塑料的化学成分、性质和用途2021-6-143

25、32、纤维和橡胶科学探究：几种纤维的性质实验科学探究：几种纤维的性质实验灼烧情况灼烧情况受酸溶液受酸溶液的影响的影响受碱溶液受碱溶液的影响的影响纯棉纯棉烧后呈粉状，烧后呈粉状，无异味无异味轻微轻微轻微轻微羊毛羊毛烧焦羽毛气味，灰烧焦羽毛气味，灰烬为黑色小颗粒烬为黑色小颗粒受腐蚀受腐蚀部分溶解部分溶解尼龙布尼龙布接近火焰时迅速卷接近火焰时迅速卷缩，趁热可拉成丝，缩，趁热可拉成丝，烧后不易破碎烧后不易破碎几乎不变几乎不变几乎不变几乎不变2021-6-1434天然纤维：天然纤维：如棉花、羊毛、蚕丝和麻等如棉花、羊毛、蚕丝和麻等纤维纤维合成纤维：合成纤维：如腈纶如腈纶(人造羊毛人造羊毛) 、锦纶、锦纶

26、(尼龙尼龙)、维纶、氯纶、涤纶、维纶、氯纶、涤纶(的确良的确良)和丙纶等和丙纶等“六大纶六大纶” 合成纤维具有合成纤维具有优良的性能优良的性能：如：如强度高、弹性好、耐磨、耐化强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀和不怕虫蛀学腐蚀和不怕虫蛀等。等。 纤纤 维维2021-6-1435橡橡 胶胶 橡胶橡胶是制造飞机、汽车和医疗器械是制造飞机、汽车和医疗器械等所必需的材料，是重要的战略物资。等所必需的材料，是重要的战略物资。1、天然橡胶天然橡胶的化学组的化学组成是成是聚异戊二烯聚异戊二烯：2、合成橡胶分为、合成橡胶分为通用橡胶通用橡胶和和特种橡胶特种橡胶通用橡胶：通用橡胶：如丁苯橡胶、顺丁橡如丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等。胶、氯丁橡胶等。特种橡胶：特种橡胶：如耐热和耐酸碱的如耐热和耐酸碱的氟氟橡胶