有机合成材料课件2

有机合成材料概述有机合成材料广泛应用于各个领域，如工业、农业、医疗和日常生活。它们为人类社会的发展和进步做出了重要贡献。有机合成材料的定义和特点定义有机合成材料是指以石油、煤炭、天然气等有机原料为基础，通过人工合成方法制备的具有特定结构和性能的材料。特点有机合成材料具有种类繁多、性能优异、价格低廉、易于加工等特点。应用广泛应用于建筑、交通、电子、医疗、包装等各个领域，对人类生活起着重要作用。有机合成材料的发展历程119世纪中期有机合成材料的出现220世纪初合成橡胶和合成纤维问世320世纪中期塑料和合成树脂的广泛应用420世纪末高性能有机合成材料的研发有机合成材料的发展历程可以追溯到19世纪中期。20世纪初，合成橡胶和合成纤维的出现为有机合成材料的发展奠定了基础。20世纪中期，塑料和合成树脂的广泛应用带来了巨大的经济效益。20世纪末，随着科学技术的进步，高性能有机合成材料的研发取得了突破性进展。有机合成材料的分类11.天然有机合成材料天然有机合成材料主要来源于动植物，如棉花、羊毛、皮革、木材等。22.合成有机合成材料合成有机合成材料是通过化学合成的方法制备的，如塑料、橡胶、纤维等。33.高分子有机合成材料高分子有机合成材料是由许多小分子单体通过化学键连接而成的大分子化合物，具有多种优异性能，在各个领域得到广泛应用。天然有机合成材料天然橡胶天然橡胶主要由聚异戊二烯组成。天然橡胶具有良好的弹性、耐磨性、耐油性和耐溶剂性，广泛应用于轮胎、橡胶制品等领域。纤维素纤维素是植物细胞壁的主要成分，具有良好的吸水性、吸附性和生物降解性，广泛应用于造纸、纺织、医药等领域。蛋白质蛋白质是由氨基酸组成的复杂有机大分子，具有多种功能，如酶催化、抗体生成、结构支撑等，广泛应用于食品、医药、化妆品等领域。合成有机合成材料塑料塑料是合成有机材料中最常见的类型之一。它们由各种单体通过聚合反应制成，具有轻便、耐用、耐腐蚀等优点，被广泛应用于包装、建筑、汽车等领域。合成纤维合成纤维是通过聚合反应制成的纤维，具有强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀等优点，广泛应用于服装、地毯、绳索等领域。合成橡胶合成橡胶是通过聚合反应制成的橡胶，具有耐磨、耐油、耐高温等优点，被广泛用于轮胎、密封件、管道等领域。合成树脂合成树脂是指通过聚合反应得到的具有固态或半固态的物质，具有良好的耐热性、耐化学性、机械强度和电气性能，广泛应用于涂料、粘合剂、塑料等领域。高分子有机合成材料高分子结构由许多重复的结构单元组成的长链状分子。物理性质包括强度、韧性、熔点、溶解性等，与高分子链的长度、形状和排列有关。应用范围广泛应用于各种领域，包括包装、建筑、电子、医疗等。主要高分子有机合成材料聚乙烯(PE)聚乙烯是最常见的塑料之一，广泛应用于包装、薄膜、管材等领域。它具有耐用、柔韧、防水等特性。聚丙烯(PP)聚丙烯是一种坚韧、耐热、耐化学腐蚀的塑料，常用于容器、纤维、汽车部件等。聚氯乙烯(PVC)聚氯乙烯是一种用途广泛的塑料，用于管道、地板、门窗等。它具有耐用、耐腐蚀、隔热等特点。聚苯乙烯(PS)聚苯乙烯是一种轻便、透明、易于加工的塑料，常用作包装、餐具、绝缘材料等。高分子合成的基本原理1单体聚合单体分子通过化学反应连接形成长链聚合物，这些链可以是直链、支链或网络结构。2链增长聚合单体通过逐步添加单个单体分子到活性链端，逐步增长聚合物链，例如自由基聚合、阴离子聚合和阳离子聚合。3逐步增长聚合单体之间通过逐步反应形成聚合物，例如缩聚反应、加成聚合和开环聚合。高分子合成的主要方法加聚反应单体分子直接连接，形成高分子链，不产生任何副产物。缩聚反应单体分子在生成高分子链的同时，还生成小分子，如水、甲醇等。开环聚合环状单体开环后生成高分子链，例如环氧丙烷开环聚合生成聚醚。逐步聚合单体分子间先形成低聚物，然后低聚物逐步增长形成高分子链。聚合反应动力学聚合反应动力学主要研究聚合反应速率、反应机理和影响因素。研究内容包括：聚合速率常数活化能反应级数链增长机理链终止机理链转移机理聚合反应控制因素11.温度温度影响反应速率和聚合度，升高温度通常加速反应，但也可能导致副反应或降解。22.催化剂催化剂可以降低反应活化能，提高反应速率，控制聚合物的分子量和结构。33.单体浓度单体浓度影响聚合速率，高浓度有利于快速聚合，但也可能导致粘度过高。44.溶剂溶剂的选择影响反应速率、聚合物的溶解度和形态，影响最终产品的性能。高分子表征与分析高分子表征高分子表征是指通过各种实验方法来确定高分子的结构、形态、性能等方面的特征。它为理解高分子材料的性质、加工和应用提供重要信息。分子量结构形态高分子分析高分子分析侧重于研究高分子材料的组成、含量、纯度以及各种性质的变化。它为高分子材料的质量控制、性能改进和应用研究提供科学依据。成分分析性能测试结构解析聚合物分子量及其测定聚合物分子量是表征聚合物的重要参数之一，它影响着聚合物的物理性能和加工性能。通常，聚合物分子量是指聚合物链中重复单元的平均数量。聚合物分子量的测定方法有很多种，常用的方法包括：凝胶渗透色谱法(GPC)、粘度法和光散射法等。GPC法是目前测定聚合物分子量最常用的方法，它利用不同分子量聚合物在凝胶柱中迁移速度不同的原理来分离不同分子量的聚合物，并根据其迁移时间来测定其分子量。粘度法是利用聚合物溶液的粘度与分子量之间的关系来测定聚合物分子量。此方法操作简单，但精度较低。光散射法是利用光在聚合物溶液中散射的强度与分子量之间的关系来测定聚合物分子量。该方法精度较高，但操作较复杂。聚合物结构表征技术红外光谱红外光谱法是一种常用的结构表征方法，通过分析聚合物对红外光的吸收，可以识别聚合物中存在的官能团，并推测其结构。核磁共振核磁共振法可以揭示聚合物中原子核之间的相互作用，进而确定聚合物的结构和立体化学信息，对于研究聚合物的构型和构象非常有效。扫描电子显微镜扫描电子显微镜可以观察聚合物材料的表面形貌、微观结构和内部缺陷，为理解聚合物材料的性能提供重要信息。透射电子显微镜透射电子显微镜可以对聚合物材料进行高分辨率的微观结构分析，揭示其纳米尺度的结构特征，帮助了解材料的性能和应用。高分子性能与应用性能高分子材料的性能主要取决于其化学结构和分子量，以及加工工艺的影响。这些性能包括机械性能、热性能、光学性能、电性能等。应用领域高分子材料具有广泛的应用领域，从日常生活中常见的塑料制品到航空航天领域的先进材料，高分子材料几乎无处不在。应用趋势随着科技的发展，高分子材料不断创新，性能更加优异，应用范围更加广泛。例如，生物降解塑料、导电塑料、智能材料等新型材料正不断涌现。聚合物加工技术挤出成型将聚合物熔体通过模具挤出，制成连续的形状，例如薄膜、管材、板材等。挤出成型工艺灵活高效，广泛应用于塑料制品生产。注塑成型将熔化的塑料注入模具，冷却固化后得到产品，适用于各种形状复杂、尺寸精密的塑料制品。注塑成型工艺生产效率高，产品质量稳定。吹塑成型利用空气压力将塑料薄膜吹胀成型，用于制造各种容器、包装袋等。吹塑成型工艺成本低、效率高，适用于大批量生产。压塑成型将聚合物粉末或颗粒在模具中加热加压，使其熔融并固化成型。压塑成型工艺适用于制造形状复杂的制品，例如齿轮、轴承等。注塑成型工艺塑化塑化是将塑料颗粒加热融化，使其成为可流动状态的工艺过程，一般在注塑机的料斗和料筒内进行。注射将已塑化的熔融塑料通过注射机构注入模具型腔，并使其在型腔内冷却固化成型。冷却塑件在模具型腔内冷却，并保持一定的时间，以确保塑件的尺寸稳定和机械性能。脱模当塑件冷却至一定温度后，打开模具，将塑件从模具中取出，完成注塑成型过程。挤出成型工艺1原料塑料颗粒2挤出机熔化和塑化3模具成型4冷却固化5成品管材、板材等挤出成型是一种常见的塑料加工方法。通过挤出机将塑料颗粒熔化塑化后，通过模具成型，并经过冷却固化，最终得到各种形状的塑料制品。压缩成型工艺原料准备将粉末状或颗粒状的材料与适量的粘合剂混合均匀，并根据需要加入填充剂、增强剂等。模具填充将混合好的材料填充到预先设计好的模具中，并施加一定的压力，使材料紧密接触，形成所需的形状。加压成型在模具中对材料施加压力，使其在压力作用下塑性变形，并填充模具的空腔，形成所需的形状。固化处理通过加热、冷却、化学反应等方法，使材料固化，并保持其形状，完成成型过程。脱模处理固化完成后，将成型好的产品从模具中取出，并进行表面处理，如抛光、喷漆等。旋涂成型工艺1基底旋转将基底材料放置在旋转平台上，以特定速度旋转。2材料滴加在基底旋转的同时，将液体材料滴加到基底上。3材料均匀分布由于旋转力的作用，液体材料会均匀地分布在基底表面。4材料干燥固化通过加热或其他方法使材料干燥固化，形成薄膜或涂层。5最终产品旋涂成型工艺可以生产出薄膜、涂层、光学元件等产品。旋涂成型是一种常见的薄膜制造技术，广泛应用于半导体、光学、生物技术等领域。溶剂蒸发成型工艺1溶液制备将聚合物溶解在合适的溶剂中，形成均匀溶液。2成型将溶液倒入模具，并使溶剂蒸发。3固化随着溶剂的蒸发，聚合物固化成型。4脱模固化完成后，从模具中取出成型产品。溶剂蒸发成型工艺是一种常用的高分子材料成型工艺，适用于制造形状复杂的零件。热固成型工艺1原材料混合将树脂、固化剂、填料等原材料混合，形成可流动或可塑性混合物。2成型将混合物注入模具中，在压力下进行成型，使混合物充满模腔。3固化在高温或压力下进行固化反应，使混合物转变为固态，形成具有特定形状的制品。4脱模制品冷却后，从模具中取出。5后处理根据需要进行表面处理、机械加工等后处理工序。复合材料制造工艺1预浸料增强纤维浸渍树脂2铺层成型按设计要求叠加预浸料3固化成型加热加压，树脂固化4后处理切边，钻孔，表面处理复合材料制造工艺利用增强纤维和树脂的协同作用，提高材料的强度和刚度，以及耐腐蚀和耐高温性能。新型成型工艺13D打印3D打印，一种快速成型技术，可用于生产复杂形状的塑料零件。2激光熔融激光熔融是一种快速成型技术，可用于制造高温、耐腐蚀和高强度塑料零件。3电子束熔融电子束熔融是一种快速成型技术，可用于制造高精度和复杂形状的塑料零件。4微流控微流控技术可用于精确控制和制造微型塑料零件。高分子材料回收与利用回收利用途径高分子材料回收可分为机械回收和化学回收。机械回收是指将废弃塑料破碎、清洗、造粒后，重新加工制成新产品。循环经济化学回收是指将废弃塑料通过化学方法降解，再合成新的材料。回收利用不仅可以减少环境污染，还能节约资源，促进循环经济发展。高分子材料环境问题污染问题废弃塑料污染环境有害物质释放到环境中填埋问题高分子材料不易降解，填埋会导致土地资源浪费，并产生污染物。回收利用问题高分子材料回收利用率低，回收过程成本高，技术难度大。高分子材料绿色设计减少资源消耗使用可再生资源和可回收材料，提高资源利用效率。降低环境污染减少有害物质排放，降低对环境的影响。提高产品性能提升材料的性能，延长产品的使用寿命。高分子材料可