塑料的起源与发展演示文稿

新材料行业——改性工程塑料培训教程—（1）

塑料----合成高分子材料之一一、塑料（Plastics）的起源与发展高分子材料：macromolecularmaterial高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。定义：以高分子化合物为基础的材料。高分子是生命存在的形式，所有的生命体都可以看作是高分子的集合体。高分子合成有机高分子天然有机高分子合成高分子材料的发展历史1869年赛璐珞海阿特(美国J.W.Hyatt)1909年酚醛树脂贝克兰(美国LeoBaekeland)20世纪40年代氯乙烯、聚苯乙烯有机玻璃等20世纪50年代低压聚乙烯（1952年工业化）齐格勒(德国KarlZiegler)聚丙烯（1957年工业化）纳塔(意大利(GiulioNatta)20世纪60年代耐高温高分子Nomex（诺梅克斯：间位芳纶或芳纶1313、对位芳纶或芳纶1414）新型复合材料Kevlar（凯夫拉：芳纶复合材料）“赛璐珞”的发明—塑料时代的开始1868年——1869年，美国有一位叫约翰·海阿特的印刷工人，一次偶然的误操作，他发现做火药的原料硝化纤维在酒精中溶解后加进樟脑时，硝化纤维竟变成了一种柔韧性相当好的又硬又不脆的材料，可以做台球。他将它命名为“赛璐珞”。（樟脑：2-莰酮,分子式为C10H16O。1，7，7-三甲基二环[2，2，1]庚烷-2-酮。）Hyatt生产赛璐珞台球代替象牙“赛璐珞”的特点：它是一种坚韧材料，具有很大的抗张强度，耐水，耐油、耐酸。"赛璐珞"的用途：从儿童玩具到衬衫领子中都有"赛璐珞"。照相底片（附着胶状银化合物）的片基，这就是第一张实用照相底片，它有一个很大的缺点，就是极易着火引起火灾。塑料时代的开始“赛璐珞”的发明起因：在19世纪，台球都是用象牙做的，数量自然非常有限。于是有人悬赏1万美元征求制造台球的替代材料。1869年，美国的海阿特(J.W.Hyatt，1837-1920)把硝化纤维、樟脑和乙醇的混合物在高压下共热，然后在常压下硬化成型制出了廉价台球，赢得了这笔奖金。“赛璐珞”是人类历史上第一种合成塑料。赛璐珞是塑料的老祖宗，是英文“celluloid”的译音，即硝化纤维塑料，是塑料的一种，由胶棉（低氮含量的硝化纤维）和增塑剂（主要是樟脑）、润滑剂、染料等加工制成。透明，可以染成各种颜色，容易燃烧。用来制造玩具、文具等。旧称假象牙。酚醛树脂——完全人工合成的塑料"赛璐珞"是由天然的纤维素加工而成的，并不是完全人工合成的塑料。人类历史上第一种完全人工合成的塑料是在1909年由美国人贝克兰(LeoBaekeland)用苯酚和甲醛造的酚醛树脂，又称贝克兰塑料。

酚醛树脂是酚类物质和醛类物质通过缩合反应制备的，属于热固性塑料。其制备过程共分两步：第一步：先聚合成线型聚合度较低的化合物；第二步：用高温处理，转变为体型聚合度很高的高分子化合物。塑料时代的开始

Baekland第一种完全合成的塑料出自美籍比利时人列奥·亨德里克·贝克兰。1863年：生于比利时根特,贝克兰是鞋匠和女仆的儿子；1884年：(21岁)获得根特大学博士学位；1887年：(24岁)时成为比利时布鲁日高等师范学院的物理和化学教授；1889年：娶了大学导师的女儿为妻，同年获得一笔旅行奖学金，到美国从事化学研究；1907年7月14日：贝克兰注册了酚醛塑料的专利。

贝克兰——新材料世界的开创者和幸运儿

酚醛塑料是世界第一种完全合成的塑料。贝克兰将它用自己的名字命名为“贝克莱特”（Bakelite）。他很幸运，英国同行詹姆斯·斯温伯恩爵士只比他晚一天提交专利申请，否则英文里酚醛塑料可能要叫“斯温伯莱特”。1909年2月8日，贝克兰在美国化学协会纽约分会的一次会议上公开了这种塑料。事实上赛璐珞这种塑料比酚醛塑料发明的更早，只不过它是来自化学处理过的棉花以及其他含纤维素的植物材料经过加工而制得。酚醛塑料的的特点：绝缘、稳定定、耐磨、、耐腐蚀、、不可燃，，刚性好，变变形小，耐耐热，能在在150~200°C的温度范围围内长期使用。。在水润滑滑条件下，，有极低的的摩擦系数数，其电绝绝缘性能优良良。称为““千用材料料”。应用范围：：汽车、无线线电和电力力工业中。。产品：插头、插座座、收音机机、电话外外壳、螺旋旋桨、阀门门、齿轮、、管道、台台球、把手手、按钮、、刀柄、桌桌面、烟斗斗、保温瓶瓶、电热水水瓶、钢笔笔和人造珠珠宝上。酚醛塑料的的缺点：这是20世世纪的炼金术，从煤焦油油那样的廉廉价产物中中，得到用用途如此广广泛的材料料。1940年年5月20日的《时时代》周刊刊则将贝克克兰称为“塑料之父”。酚醛塑料——第一个工业化的高高分子材料料它受热会变变暗，只有有深褐、黑黑或暗绿3种颜色色，缺点是是冲击强度度差，质脆脆容易摔碎碎。早在1872年年，德国化化学家阿道道夫·冯·拜尔就发现现：苯酚和和甲醛反应应后，玻璃璃管底部有有些顽固的的残留物。。不过拜尔尔的眼光在在合成染料料上，而不不是绝缘材材料上，对对他来说，，这种黏糊糊糊的不溶溶解物质是是条死胡同同。对贝克克兰等人来来说，这种种东西却是是光明的路路标。从1904年年开始，贝贝克兰开始始研究这种种反应。最最初得到的的是一种液液体――苯苯酚－甲醛醛虫胶，称称为Novolak(酚醛树树脂)，但但市场并不不成功。3年后，他他得到一种种糊状的黏黏性物，模模压后成为为半透明的的硬塑料―――酚醛塑塑料。1910年年：贝克兰兰创办了通通用酚醛塑塑料公司，，在新泽西西的工厂开始生产产。1926年年：专利保保护到期，，大批同类类产品涌入入市场。经经过谈判，贝克兰兰与对手合合并，拥有有了一个真真正的酚醛醛塑料帝国。。1939年年：贝克兰兰退休时，，儿子乔治治·华盛顿顿·贝克兰兰无意从商，公司以以1650万美元（（相当于今今天2亿美美元）出售给联合碳碳化物公司司1945年年：贝克兰兰死后一年年，美国的的塑料年产产量就超过过40万吨，1979年又超超过了工业业时代的代代表――钢钢。在今年伦敦敦科学博物物馆的展览览上，贝克克兰的曾孙孙休·卡拉克一手执一个个30年代代的尿素甲醛塑塑料电话，一手手展示着一个用生物可降解解塑料制成的手机机。“塑料之父父”——贝贝克兰的职职业生涯石油产品开开创了塑料料的新时代代进入50年年代，从石石油裂解而而得的a－烯烃成为合成高高分子的主主要原料，，主要包括括乙烯与丙丙烯。20世纪40年代，，乙烯类单单体的自由基引引发聚合反反应迅速发发展，实现现工业化的的包括氯乙乙烯、聚苯苯乙烯和有机玻玻璃等，这这是合成高高分子蓬勃勃发展的时时期。低压聚乙烯烯、聚丙烯烯的合成德国人齐格格勒(KarlZiegler)与意大利人人纳塔(GiulioNatta)分别发明用用三乙基铝和三氧化钛组成的金属属络合催化剂合合成低压聚聚乙烯与聚聚丙烯的方方法。低压聚乙烯烯于1952年实现现工业化；；低压聚丙烯烯于1957年实现现工业化。。这是高分子子化学的历历史性发展展，因为以以石油为原原料能建设年年产10万吨的大大工厂。为褒奖他们们在烯烃合合成高分子子领域的杰杰出贡献，，二人共同获获得1963年的诺贝尔化学学奖。齐格勒是德国有机机化学：1920年年：获马尔尔堡大学化化学博士学位。。1927年年：在海德德堡大学任任教授。1936年年：任哈雷雷一萨勤大大学化学学院院长。。1953年年：研究有有机金属化化合物与乙烯的反应应时发现，，在常压下用催催化剂得到到了结晶聚乙烯烯塑料。齐格勒纳塔G纳塔是意大利高高分子化学学家：1954年年：纳塔用用催化剂合合成了结晶聚丙烯。。新型合成耐耐高温材料料60年代代，由于于要飞往往月球而而出现耐耐高温高分子的的研究热热。耐高温的的定义：：材料能够够在氮气气中500环境中能能使用一一个月；在在空气中中300环境下能能使用一一个月。。Co芳纶1313（聚间间苯二甲甲酸间苯苯二胺纤纤维）、、芳纶1414（（聚对苯苯二甲酸酸对苯二二胺纤维维）Co耐高温高高分子主主要分为为两大类类：1、芳香香聚酰胺胺：例如如苯二胺胺与间苯苯二酰缩缩聚得到到的Nomex，这在当时时曾被作作为太空空服的原原料。对对苯二胺胺与对苯苯二酰氯氯缩聚得到的Kevlar，，它属于于耐高温温的高分分子液晶晶，现在在用于超超音速飞机的复复合材料料中。2、杂环环高分子子：例如如聚芳亚亚酰胺和和作为高高温粘合合剂的聚聚苯并咪唑，为为现在宇宇航飞行行所需的的材料打打下了基基础。塑料的种种类很多多。除了了酚醛树树脂和聚聚乙烯外外，还有有聚氯乙烯、聚聚苯乙烯烯等。我我们常见见的有机机玻璃（（聚甲基基丙烯酸酸甲酯），其其实也是是塑料的的一种。。它的透透明度比比普通玻玻璃还高高，有韧性，，不易破破碎，枪枪弹打上上去也只只能穿一一个洞。。它是制制作飞机舷窗窗的绝好好材料。。我国塑料料制品2000年到2010年的产产量年份塑塑料料产量（（万吨））20105830.3820094479.2820083680.2320073184.5420062602.620052308.8620042366.520031652.0820021455.720011288.720001087.5塑料的优优点-11)易于于加工、、易于制制造(易易于成型型)即使制品品的几何何形状相相当复杂杂，只要要能从模模具中脱脱模，都比较容容易制作作。因而而其效率率远胜于于金属加加工，特特别是注注塑成型制品品经过一一道工序序，即可可制造出出很复杂杂的成品品。塑料的优优点-22)可根根据需要要随意着着色，富富有装饰饰性，或或制成透透明制品品：利用塑料料可制作作五光十十色、透透明美丽丽的制品品，而且且色泽美美观、耐耐久，还还可用先先进的印印刷、压压花、电电镀及烫烫金技术术制成具具有各种种图案、、花型和和表面立立体感、、金属感感的制品品，可提提高其商商品价值值,并给给人一种种明快的的感觉.塑料可可以制成成透明的的制品，，塑料的优优点-3、43)不生生锈、不不易腐蚀蚀塑料一般般耐各种种化学药药品的腐腐蚀，不不会象金金属那样样易生锈或受到到腐蚀。。使用时时不必担担心酸、、碱、盐盐、油类类、药品品、潮湿及霉霉菌等的的侵蚀。。4)不易易传热、、保温性性能好由于塑料料比热大大，热导导率小，，不易传传热，故故其保温温及隔热效果良良好。导热系数数小：约约为金属属的1/500-1/600。泡沫塑料料的导热热系数约约为金属属的1/1500，水泥混凝凝土的1/40，普通粘土土砖的1/20，是理想的的绝热材材料。塑料的优优点-5聚4-甲甲基戊烯烯最轻：：材料密度g/cm3塑料0.83——2.2泡沫塑料0.01——0.5钢7.8铝2.8铜8.7玻璃2.5粘土1.75)可制制做轻质高强强度的产品㎝30.67g/2.1–2.3g/㎝3聚四氟乙烯最重：与金属、、陶瓷制制品相比比,质量量轻、机械械性能好好，比强强度(强强度与密密度的比比值)高高，故可可制做轻轻质高强强度制品品。特别是填填充玻璃璃纤维后后，更可可提高其其强度。。------(增强)另外，由由于塑料料质量轻轻，可节节约能源源，故其其制品亦亦日趋轻轻量化。。---------(以塑代代钢)塑料的优优点-66)既能能制作绝绝缘产品品，又能能制做导导电部件件：塑料本身身是很好好的绝缘缘物质，，目前可可以说没没有哪一一种电气气制品不不使用塑塑料的。。但如果果在塑料料中填充充金属粉粉末或碎碎屑加以以成型，，也可制制成导电电良好的的产品。。塑料或金属塑料的优优点-6导电塑料料是将树树脂和导导电物质质混合，，用塑料料的加工工方式进行加工工的功能能型高分分子材料料。主要要应用于于电子、、集成电电路包装、电电磁波屏屏蔽等领领域。复合型导电塑料：现在广泛应用的导电高分子材料。其填充物质主要有：a、金属分散系；b、炭黑系；c、有机络合物分散系。导电塑料结构型导电塑料（本征型导电塑料：本身具有导电性或经化学改性后具有导电性的塑料。主要有：（1）π共轭系高分子：如聚乙炔、(Sr)n、线型聚苯、层状高聚物等；（2）金属螯合物：如聚酮酞菁；（3）电荷移动型高分子络合物：如聚阳离子、CQ络合物。日本筑波波大学名名誉教授授白川英英树和美美国科学学家爱伦伦·黑格格博士及及马克达达依阿密密特博士士3人，，为表彰彰他们在在研制导导电塑料料方面做做出的突突出贡献献。而获获得诺贝贝尔化学学奖。导电高分分子的基基本概念念物质按电电学性能能分类可可分为绝缘体体、半导导体、导导体和超超导体四类类。高分子材材料通常常属于绝绝缘体的范畴畴。1977年，美美国科学学家：黑格（A.J.Heeger）、麦克迪尔尔米德（（A.G.MacDiarmid））日本科学学家：白川英树树（H.Shirakawa）发现掺杂杂聚乙炔炔具有金金属导电电特性，有有机高分分子不能能作为导导电材料的的概念被被彻底改改变。并并因此项项发明获得得诺贝尔化化学奖塑料的优优点-7、87)减震震、消音音性能优优良：塑料具有有优良的的减震、、消音性性能。8）透光光及防护护性好：：玻璃透光光率为80%，，有机玻玻璃为92%。。玻璃厚度度达到20cm时即不不透明，，PMMA在厚达达1m时时仍清澈澈透明，，其它如PC、、PET、PS等透光光率均达达到80%以上。透明塑料料(如:PMMA、PS、PC等)可制作透透明的塑塑料制品品(如：：镜片、、标牌、罩罩板等)。塑料的优优点-9、109)产品品制造成成本低：：塑料原料料本身虽虽然不那那么便宜宜，但如如(1)项所述述，由于于塑料易于于加工，，设备费费用比较较低廉，，所以能能降低产产品成本本。10）可可回收利利用：回收的废废旧塑料料可以用用于制备备燃料油油和燃燃料气，，这样可以降低低原油消消耗。。塑料的缺缺点-11）耐热热性差：：这是塑料料最大的的缺点,与金属属和玻璃璃制品相相比,其其耐热性性远为低低劣,温温度稍高高，就会会变形，，一般塑塑料使用用温度都都不高，，即使是是热固性性树脂，，超过200摄摄氏度也也会冒烟烟，并产产生剥落落。如：聚氯氯乙烯（（PVC）≤80℃；；聚对苯二二甲酸乙乙二醇酯酯（PET））≤120℃℃；聚对苯二二甲酸丁丁二醇酯酯（PBT）≤≤130℃；；聚四氟乙乙烯（PTFE）≤250℃；2）易燃燃烧：燃烧时能能产生大大量的热热、烟和和有毒气气体。例如：聚聚苯乙烯烯燃烧时时产生甲苯，这种物物质少量量会导致致失明明，吸入入有呕吐吐等症状状；PVC燃烧烧也会产产生氯化氢有毒气体体，除了了燃烧，，就是高高温环境境，会导导致塑料料分解出出有毒成成分，例例如苯环等。3）耐久久性差，，易老化化：无论是强强度、表表面光泽泽或透明明度,都都不耐久久，受负负荷有蠕蠕变现象象。另外，所所有的塑塑料均怕怕紫外线线及太阳阳光照射射，在光光、氧、、热、水水及大气环境作作用下会会老化.塑料的缺缺点-24）耐候候性差：：随着温度度的变化化，性质质也会大大大改变变。高温温、低温温都会使使各种性性质发生生改变。。6)易于于受特殊殊溶剂及及药品的的腐蚀：：一般来说说，塑料料比较不不容易受受化学药药品的腐腐蚀，但但有些塑料(如如:PC、ABS、PS等)这方面面的性质质特别差差；在一一般情况下热固固性树脂脂耐腐蚀蚀性相当当强。7)易受受损伤、、也容易易沾染灰灰尘及污污物：塑料的表表面硬度度都比较较低，容容易受损损伤；另另外，由由于是绝绝缘体，，故带有有静电，，因此容容易沾染染灰尘。。5）机械械强度较较低，易易变形：：与同样体体积的金金属相比比，机械械强度低低得多，，塑料膨膨胀系数大，温温度变形形大，另另长期负负重会发发生蠕变变，如塑塑料绳晾晾衣服时间长长会伸长长。塑料的缺缺点-310）资资源有限限：塑料是以以石油产产品为原原料制成成的，石石油资源源是有限限的。8)尺寸寸稳定性性差：与金属相相比，塑塑料收缩缩率很高高，故难难于保证证尺寸精精度。在在使用期期间受潮潮、吸湿湿或温度度发生变变化时，，尺寸易易随时间间发生变变化。9）不易易分解，，污染环环境：废弃塑料料带来的的“白色污染染”,今天已成成为不可可忽视的的社会公公害。11）回回收利用用成本高高：废旧塑料料回收时时，分类类十分困困难，而而且经济济上不合合算。（可回收收塑料的的价值是是生产新新塑料价价格的3倍，由于于成本高高昂，所以以现时塑塑料的回回收及再再利用比比其他材材料较难难普及））。白色污染染白色污染染1、什么么是白色色污染？？所谓“白白色污染染”，是是人们对对塑料垃垃圾污染染环境的的一种形形象称谓谓。它是是指用聚聚苯乙烯烯、聚丙丙烯、聚聚氯乙烯烯等高分分子化合合物制成成的各类类生活塑塑料制品品使用后后被弃置置成为固固体废物物，由于于随意乱乱丢乱扔扔，难于于降解处处理，以以致造成成城市环环境严重重污染的的现象。。2、白色色污染的的危害白色污染染存在两两种危害害：视觉觉污染和和潜在危危害。1）视觉觉污染：：塑料袋、、盒、杯杯、碗等等散落在在环境中中，给人人们的视视觉带来来不良刺刺激，影影响环境境的美感感。市场上用用回收塑塑料袋包包装蔬菜菜、水果果很普遍遍，虽然然方便了了购买者者，但造成了了二次污污染。由于其质质量轻薄薄，废弃弃后飘飞飞，形成成树挂，，有的散散落在旅游游区、水水面上、、铁道旁旁，影响响城市容容貌的整整体美感感，超薄塑料料袋生产产条件简简陋，以以手工作作坊制作作居多，，不但加加工过程程卫生条件难难以保障障，甚至至有些选选用再生生料制作作，上面面沾染了了许多细细菌。潜在危害害-12）潜在在危害：：塑料饭盒盒和塑料料袋盛装装食物严严重影响响我们的的身体健健康。会对人的的肝脏、、肾脏及及中枢神神经系统统等造成成损害。。使土壤环环境恶化化，严重重影响农农作物的的生长。。塑料制品品的降解解时间，，通常至至少需要要200年。农农田里的的废农膜、塑塑料袋长长期残留留在田中中，其后后果为：：A.影影响土土壤的透透气性，，阻碍水水分和营营养物质质的传输输，影响响农作物的生生长发育育，造成成农作物物的减产产；B.长长此下去去，必将将影响深深层土壤壤，使土土壤环境境恶化，，进而威威胁人类安安全。C.缠缠绕农农机，影影响作业业；D.若若牲畜吃吃了塑料料膜，会会引起牲牲畜的消消化道疾疾病，甚甚至死亡亡。潜在危害害-2填埋作业业仍是我我国处理理城市垃垃圾的一一个主要要方法。。由于塑料料膜密度度小、体体积大，，它能很很快填满满场地，，降低填埋场地地处理垃垃圾的能能力；而而且，填填埋后的的场地由由于地基基松软，垃圾圾中的细细菌、病病毒等有有害物质质很容易易渗入地地下，污污染地下水，，危及周周围环境境。若把废塑塑料直接接进行焚焚烧处理理，不但但产生大大量黑烟烟，而且且会产生生二噁英——迄今为止止毒性最大芳香族有机化化合物，将给环境造成成严重的二次次污染。二噁英1,4-二氧杂环己二烯二苯并二噁英焚烧垃圾排放放出的二噁英对环境的污染染，已经成为为全世界关注的一一个极敏感的的问题。由于塑料对环环境的危害日日益严重，最近近被世界权威威机关评为20世纪最糟糕的发明明。二噁英进入土壤中，，至少需15个月才能逐逐渐分解，它它会危害植物及及农作物；二噁英容易在生物体体内积累,对动物的肝脏脏及脑有严重重的损害作用。即使在很微量量的情况下，，也可引起皮皮肤痤疮、头头痛、失聪、忧忧郁、失眠等等症状，长期期摄取便可引引起癌、畸形形等顽疾；接触二噁英可以引起严重重的生殖和发发育问题，特特别是其具有有环境雌激素效应，可能造造成男性雌性性化。二噁英的毒性相当于于氰化钾的一一千倍以上，，称之为“地地球上毒性最最强的毒物””。塑料料的的发发展展前前景景塑料料技技术术的的发发展展日日新新月月异异，，针针对对全全新新应应用用的的新新材材料料开开发发，，针对对已已有有材材料料市市场场的的性性能能完完善善，，以以及及针针对对特特殊殊应应用用的的性性能能提提高高可谓谓新新材材料料开开发发与与应应用用创创新新的的几几个个重重要要方方向向。。1新新型型高高热热传传导导率率生生物物塑塑料料日本本电电气气公公司司新新开开发发出出以以植植物物为为原原料料的的生生物物塑塑料料，，其其热热传传导率率与与不不锈锈钢钢不不相相上上下下。。混入入10%的的碳碳纤纤维维，，生生物物塑塑料料的的热热传传导导率率与与不不锈锈钢钢不不相相上上下下；；加入入30%的的碳碳纤纤维维时时，，生生物物塑塑料料的的热热传传导导率率为为不不锈锈钢钢的的2倍倍，，密度度只只有有不不锈锈钢钢的的1/5。。2可可变变色色塑塑料料