高分子与精细化工

1、12009/08化化 工工 工工 艺艺 学学IntroductionIntroduction toto chemicalchemical industryindustry主讲主讲 丁明洁丁明洁化学与材料工程学院化学与材料工程学院第第 7 讲讲高分子化工工艺高分子化工工艺河南城建学院化工学院河南城建学院化工学院 丁明洁丁明洁繁荣的化工家族繁荣的化工家族基本化工应用化工其 它 有机化工有机化工煤化工煤化工, , 石油化工石油化工, ,农林化工农林化工, ,生物化工生物化工, ,高分子化工高分子化工无机化工无机化工无机盐化工无机盐化工, ,无机非金属无机非金属材料化工材料化工, ,电化工电化工大化工

2、大化工轻化工轻化工5-1 高分子材料高分子材料 高分子材料是分子量大的高分子高分子材料是分子量大的高分子化合物，相对分子质量通常约在化合物，相对分子质量通常约在10000以上，是由低分子量分子经过以上，是由低分子量分子经过共价键结合而形成的化合物。这些共价键结合而形成的化合物。这些低分子原料称为单体，把单体连接低分子原料称为单体，把单体连接起来形成高分子过程叫聚合反应。起来形成高分子过程叫聚合反应。 单体单体 CH2= CH2 聚合物聚合物 CH2 CH2 CH2 CH2均聚物均聚物由一种单体聚合而由一种单体聚合而成的聚合物。如聚乙烯、聚丙烯等成的聚合物。如聚乙烯、聚丙烯等共聚物共聚物由两种以

3、上单体共由两种以上单体共聚而成的聚合物。如氯乙烯醋酸聚而成的聚合物。如氯乙烯醋酸乙烯共聚物。乙烯共聚物。 三大高分子合成材料三大高分子合成材料 1、合成树脂、合成树脂2、合成橡胶、合成橡胶3、合成纤维、合成纤维5-1-1 树脂与塑料树脂与塑料 合成树脂合成树脂是人工合成的某些性能是人工合成的某些性能与天然树脂相似的高分子聚合物，与天然树脂相似的高分子聚合物，是塑料的主要原料。是塑料的主要原料。 塑料制品塑料制品是由树脂粒子添加诸如是由树脂粒子添加诸如填料、增塑剂、稳定剂、染料等经填料、增塑剂、稳定剂、染料等经混合和压模所得到的产品。混合和压模所得到的产品。几种常用的塑料几种常用的塑料聚乙烯聚乙

4、烯单体单体：乙烯（：乙烯（ CH2= CH2）性质性质：热塑性、绝缘性高，化学：热塑性、绝缘性高，化学 稳定性好。稳定性好。用途用途：电缆、薄膜制品，日用品等。：电缆、薄膜制品，日用品等。 塑料大棚塑料大棚几种常用的塑料几种常用的塑料聚氯乙烯聚氯乙烯单体单体：氯乙烯（：氯乙烯（ Cl CH = CH2）性质性质：热塑性、耐化学腐蚀性好。：热塑性、耐化学腐蚀性好。 用途用途：硬聚氯乙烯塑料，制化工设：硬聚氯乙烯塑料，制化工设备材料；软聚氯乙烯塑料，制电线备材料；软聚氯乙烯塑料，制电线绝缘材料、薄膜、雨衣、软管等。绝缘材料、薄膜、雨衣、软管等。 几种常用的塑料几种常用的塑料酚醛塑料酚醛塑料单体单体

5、：甲醛、苯酚：甲醛、苯酚性质性质：热固性、电绝缘性良好。：热固性、电绝缘性良好。用途用途：电器工业材料、日用品、机：电器工业材料、日用品、机 器零件及各种模压制品等。器零件及各种模压制品等。 热塑性塑料热塑性塑料 以热塑性树脂为基本成分的塑以热塑性树脂为基本成分的塑料。一般具有链状线形结构。受热料。一般具有链状线形结构。受热软化，可反复塑制。如聚乙烯、聚软化，可反复塑制。如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。氯乙烯、聚苯乙烯等。 热固性塑料热固性塑料 以热固性树脂为基本成分的塑以热固性树脂为基本成分的塑料。加工成形后变为不溶不熔状态。料。加工成形后变为不溶不熔状态。一般具有网状的体形结构。受热不一般

6、具有网状的体形结构。受热不再软化，不可反复塑制。例如酚醛再软化，不可反复塑制。例如酚醛塑料、氨基塑料等。塑料、氨基塑料等。 512 合成橡胶合成橡胶512 合成橡胶合成橡胶 橡胶是具有高弹性的高分子化合物，橡胶是具有高弹性的高分子化合物，由比较少量的交联键连成网状的柔性分由比较少量的交联键连成网状的柔性分子所组成。子所组成。 除高弹性外，橡胶还具有高电绝缘除高弹性外，橡胶还具有高电绝缘性、耐水性、不透气性。某些橡胶还具性、耐水性、不透气性。某些橡胶还具有耐化学腐蚀、耐高温、耐磨损等特殊有耐化学腐蚀、耐高温、耐磨损等特殊性能。性能。几种常用的合成橡胶几种常用的合成橡胶 顺丁橡胶顺丁橡胶单体单体：

7、1，3 丁二烯丁二烯性质和用途性质和用途：弹性好、耐磨、耐低：弹性好、耐磨、耐低温、耐老化性能好。用作轮胎、三温、耐老化性能好。用作轮胎、三角皮带、耐热胶管、胶鞋等。角皮带、耐热胶管、胶鞋等。 几种常用的合成橡胶几种常用的合成橡胶 丁苯橡胶丁苯橡胶单体单体：1，3 丁二烯；苯乙烯丁二烯；苯乙烯性质和用途性质和用途：耐磨性好、抗老化性：耐磨性好、抗老化性能好，弹性较差。用于制作轮胎和能好，弹性较差。用于制作轮胎和其他通用工业制品。其他通用工业制品。 几种常用的合成橡胶几种常用的合成橡胶 丁腈橡胶丁腈橡胶单体单体：1，3 丁二烯；丙烯腈丁二烯；丙烯腈性质和用途性质和用途：耐油性能好，耐磨、：耐油性

8、能好，耐磨、耐热性好，有良好的物理机械性能，耐热性好，有良好的物理机械性能，电绝缘性能差。主要用作耐油橡胶电绝缘性能差。主要用作耐油橡胶制品。制品。 513合成纤维合成纤维513合成纤维合成纤维 合成纤维有单体小分子聚合而成，合成纤维有单体小分子聚合而成，用作纤维的聚合物必须具有很高的拉用作纤维的聚合物必须具有很高的拉伸强度，这就要求聚合物分子排成直伸强度，这就要求聚合物分子排成直线而不是网状结构。线而不是网状结构。 常见的合成纤维有聚酯纤维（涤常见的合成纤维有聚酯纤维（涤纶）、聚酰胺纤维（尼龙）、聚丙烯纶）、聚酰胺纤维（尼龙）、聚丙烯腈纤维（腈纶）等。腈纤维（腈纶）等。 52 合成聚合物的原

9、料合成聚合物的原料 聚合物单体（具有不饱和化学聚合物单体（具有不饱和化学结构）乙烯、丙烯、苯乙结构）乙烯、丙烯、苯乙烯、丁二烯、丙烯腈等。烯、丁二烯、丙烯腈等。53 高分子材料典型生产工艺高分子材料典型生产工艺聚乙烯聚乙烯5311高压法高压法 生产低密度聚乙烯（相对分子质量生产低密度聚乙烯（相对分子质量1050万）。聚合条件：压力为万）。聚合条件：压力为100300MPa, 温度为温度为200300摄氏度。摄氏度。 制做薄膜、包装袋等。制做薄膜、包装袋等。 53 高分子材料典型生产工艺高分子材料典型生产工艺聚乙烯聚乙烯5312低压法低压法 生产高密度聚乙烯。聚合条件：生产高密度聚乙烯。聚合条件

10、：压力为压力为5MPa以下；温度为以下；温度为6080摄摄氏度，铝、钛催化剂。氏度，铝、钛催化剂。 制做管材、日用品等。制做管材、日用品等。 54 功能高分子材料功能高分子材料 功能高分子材料既具有一般高功能高分子材料既具有一般高分子的特性，又具有特殊功能，如分子的特性，又具有特殊功能，如光学功能、生物化学功能、表面化光学功能、生物化学功能、表面化学功能、医药功能、导电功能等。学功能、医药功能、导电功能等。551分离性功能高分子材料分离性功能高分子材料 离子交换树脂分子中含离子交换树脂分子中含有活性基团而能与其他物质进行离子有活性基团而能与其他物质进行离子交换的树脂。其主要原料为苯乙烯和交换的

11、树脂。其主要原料为苯乙烯和二乙烯苯，大分子呈网状结构二乙烯苯，大分子呈网状结构例如：例如： 强酸性阳离子型交换树脂带有强酸性阳离子型交换树脂带有磺酸基，用于去除钙离子、镁离子磺酸基，用于去除钙离子、镁离子等制取软化水。等制取软化水。 其他离子交换树脂也可用于各其他离子交换树脂也可用于各种化学品的分离、提纯、精制以及种化学品的分离、提纯、精制以及废水处理等。废水处理等。离子交换树脂离子交换树脂552导电性功能高分子材料导电性功能高分子材料 具有共轭双键结构的高分子材料具有共轭双键结构的高分子材料通常具有半导性甚至导电性，例如通常具有半导性甚至导电性，例如聚炔类的聚乙炔、聚苯乙炔等。聚炔类的聚乙炔

12、、聚苯乙炔等。 可可以制得导电橡胶、导电塑料、导电以制得导电橡胶、导电塑料、导电涂料等。涂料等。液晶示意图液晶示意图液晶物质的观察方法液晶物质的观察方法偏光显微镜偏光显微镜碳质液晶形成过程碳质液晶形成过程553高分子液晶高分子液晶 一类高分子具有流体的流动性，一类高分子具有流体的流动性，又不同于流体的各向同性特征，保又不同于流体的各向同性特征，保持了晶体持了晶体 的有序排，呈现既有晶体的有序排，呈现既有晶体性质又有液体性质的过渡中间状态性质又有液体性质的过渡中间状态，称为高分子液晶。，称为高分子液晶。554医用高分子医用高分子1、与生物组织不接触的材料、与生物组织不接触的材料 如医疗器械、输血

13、用具、注射器等。如医疗器械、输血用具、注射器等。2、与人体组织接触的材料、与人体组织接触的材料 如手术中暂时使用的人工脏器、人造如手术中暂时使用的人工脏器、人造血管、人工肾脏透析膜等。血管、人工肾脏透析膜等。554医用高分子医用高分子3、长期植入体内的高分子材料、长期植入体内的高分子材料 如植入体内的人工脏器、人工骨骼、人如植入体内的人工脏器、人工骨骼、人工关节等。工关节等。4、与皮肤接触的高分子材料、与皮肤接触的高分子材料 如手套、麻醉用品、绷带、橡皮膏等。如手套、麻醉用品、绷带、橡皮膏等。简答题简答题1、什么是功能高分子材料？、什么是功能高分子材料？2、说出至少五种功能高分子材料和它们的用

14、途。、说出至少五种功能高分子材料和它们的用途。3、三大高分子材料指什么？在日常生活中有哪些应用？、三大高分子材料指什么？在日常生活中有哪些应用？4、离子交换树脂的基本功能是什么？、离子交换树脂的基本功能是什么？5、高分子液晶有什么特点？、高分子液晶有什么特点？6、说出五种常用塑料的名字。、说出五种常用塑料的名字。7、说出五种高分子聚合物单体。、说出五种高分子聚合物单体。 论述题论述题1、聚乙烯是如何生产的？用途是什么？、聚乙烯是如何生产的？用途是什么？ 第五讲（二）精细化工第五讲（二）精细化工精细化工的分类、特点及原料精细化工的分类、特点及原料传统精细化工传统精细化工新型精细化工新型精细化工精

15、细化工的分类、特点及原料精细化工品（即精细化学品）是指那些具有精细化工品（即精细化学品）是指那些具有特定的应用功能，技术密集，商品性强，产特定的应用功能，技术密集，商品性强，产品附加值较高的化工产品。品附加值较高的化工产品。生产精细化学品的工业，称精细化学工业，生产精细化学品的工业，称精细化学工业，简称精细化工。简称精细化工。 我们见过的精细化工我们见过的精细化工（1）农药（）农药（2）染料（）染料（3）涂料（包括油漆和油）涂料（包括油漆和油墨）（墨）（4）颜料（）颜料（5）试剂和高纯物质（）试剂和高纯物质（6）信）信息用化学品（包括感光材料、磁性材料等能息用化学品（包括感光材料、磁性材料等能

16、接受电磁波的化学品）（接受电磁波的化学品）（7）食品和饲料添加）食品和饲料添加剂（剂（8）粘合剂（）粘合剂（9）催化剂和各种助剂）催化剂和各种助剂（10）（化工系统生产的）化学药品（原料）（化工系统生产的）化学药品（原料药）和日用化学品（药）和日用化学品（11）高分子聚合物中的）高分子聚合物中的功能高分子材料。功能高分子材料。 精细化工的分类 日本在1965年为17个门类，到了1981年共涉及34个门类，它们是医药、兽药、染料、涂料、有机颜料、油墨、催化剂、试剂、香料、粘合剂、表面活性剂、化妆品、感光材料、橡胶助剂、增塑剂、稳定剂、塑料添加剂、石油添加剂、饲料添加剂、食品添加剂、高分子凝聚剂、

17、工业杀菌防霉剂、芳香防臭剂、纸浆及纸化学品、汽车化学品、脂肪酸及其衍生物、稀土金属化合物、电子材料、精细陶瓷、功能树脂、生命体化学品和化学促进生命物质等。精细化工的特点（1）技术密集度高，精细化工产品的开发涉及到各）技术密集度高，精细化工产品的开发涉及到各种化学、物理、生理、技术、经济等诸多方面的学种化学、物理、生理、技术、经济等诸多方面的学科，因此，必然集中了这些学科的各种技术。科，因此，必然集中了这些学科的各种技术。（2）多品种，小批量，产品周期短，更新换代快。）多品种，小批量，产品周期短，更新换代快。（3）生产流程复杂，设备投资大，多采用间歇式生）生产流程复杂，设备投资大，多采用间歇式生

18、产工艺，具有技术垄断性强，销售利润高，附加值产工艺，具有技术垄断性强，销售利润高，附加值高的特点。高的特点。（4）商品性强，市场竞争激烈。）商品性强，市场竞争激烈。精细化工的原料精细化工品的原料精细化工品的原料 ：煤煤石油石油天然气天然气农副产品农副产品传统精细化工传统精细化工-染料染料染料染料 ： 染料是能将纤维或其他被染物染成其染料是能将纤维或其他被染物染成其他颜色的有机化合物。染料分子中常含有发他颜色的有机化合物。染料分子中常含有发色团（如：偶氮基、硝基、羰基等）和助色色团（如：偶氮基、硝基、羰基等）和助色团（如：氨基、羟基、甲基、磺酸基等），团（如：氨基、羟基、甲基、磺酸基等），当光线

19、射入后发生选择性吸收，并发射一定当光线射入后发生选择性吸收，并发射一定波长的光线，从而显示出颜色。有些基团还波长的光线，从而显示出颜色。有些基团还能与纤维起到化学结合的作用，增加染料与能与纤维起到化学结合的作用，增加染料与纤维的结合能力。纤维的结合能力。 染料染料 分类方法：分类方法：（1）按反应方法和应用性）按反应方法和应用性能的共性，分为还原染料、活性染料、能的共性，分为还原染料、活性染料、酸性染料、碱性染料、直线染料、硫化酸性染料、碱性染料、直线染料、硫化染料等几大类。（染料等几大类。（2）根据染料分子中所）根据染料分子中所含基本结构或基团分类，有偶氮染料、含基本结构或基团分类，有偶氮染

20、料、蒽醌染料、酞菁染料、噻唑染料、三芳蒽醌染料、酞菁染料、噻唑染料、三芳甲烷染料、甲川染料等。甲烷染料、甲川染料等。 染料生产工艺举例染料生产工艺举例染料生产举例：涂料涂料 涂料涂料是一种流动状态或粉末状态的有机物是一种流动状态或粉末状态的有机物质，将它涂覆在物质的表面，可以得到一层质，将它涂覆在物质的表面，可以得到一层致密坚韧的涂膜，对材料起到装饰和保护等致密坚韧的涂膜，对材料起到装饰和保护等作用。作用。 如果按剂型如果按剂型分类分类，重要的涂料有溶剂性涂，重要的涂料有溶剂性涂料和水溶性涂料。涂料如果按成膜物质分类料和水溶性涂料。涂料如果按成膜物质分类，可以分为天然树脂涂料和合成树脂涂料两，

21、可以分为天然树脂涂料和合成树脂涂料两大类。大类。 涂料生产工艺举例举例：双酚A树脂 、环氧氯丙烷 CH2CHOCH2OCCH3CH3OCH2CHOHnOCH2CCH3CH3OCH2CHOCH2香料及香精香料及香精 香料香料是能够散发香味的挥发性物质。香是能够散发香味的挥发性物质。香精是由几种或若干种香料按一定的香型调精是由几种或若干种香料按一定的香型调制而成的香料混合物。制而成的香料混合物。 香料包括天然香料和合成香料。天然香香料包括天然香料和合成香料。天然香料广泛分布于植物中，如香花、香叶、香料广泛分布于植物中，如香花、香叶、香木中，称为植物香料。香料也存在于动物木中，称为植物香料。香料也存在于动物的腺囊中，如麝香、灵猫香、龙涎香、海的腺囊中，如麝香、灵猫香、龙涎香、海狸香，称为动物香料。狸香，称为动物香料。 香料及香精香料及香精 香料按化学结构、官能团的特征分类香料按化学结构、官能团的特征分类 ：（1）醇类香料，（）醇类香料，（2）羟酸类香料；（）羟酸类香料；（3）酯类香料；（酯类香料；（4）醛类香料；（）醛类香料；（5）酮类香）酮类香料；（料；（6）酚类和醚类香料；（）酚类和醚类香料；（7）麝香类香）麝香类香料；（料；（8）烃类等。）烃类等。新型的