高聚物合成工艺学讲义ppt课件.ppt
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1、我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物高聚物合成工艺学高聚物合成工艺学 主讲:材料化学教研室主讲:材料化学教研室 于于 智智我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物主要参考书目:主要参考书目:赵德仁等编,高聚物合成工艺学,化学工业出版社, 第1版,1981。王久芬,高聚物合成工艺,国防工业出版社 , 19953. 潘祖仁编,高分子化学,化学工业出版社,1986。4. 李克友等编,高分子合成原理及工艺学,
2、科学出版社,2001。教材:教材:高聚物合成工艺学高聚物合成工艺学,赵德仁,张慰盛编,北京,化,赵德仁,张慰盛编,北京,化学工业出版社,学工业出版社,1997年年6月,第月,第2版。版。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物第一章第一章 绪绪 论论第一节第一节 高分子合成工业概述高分子合成工业概述1. 高分子合成材料高分子合成材料天然有机材料天然有机材料 蚕丝、羊毛、皮革、棉花、木材及天然橡胶等。蚕丝、羊毛、皮革、棉花、木材及天然橡胶等。高分子合成材科高分子合成材科塑料、合成纤维、合成橡胶、涂料、
3、粘合剂、塑料、合成纤维、合成橡胶、涂料、粘合剂、离子交换树脂等材料。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;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合成纤维比天然纤维(棉花、羊毛、蚕丝等棉花、羊毛、蚕丝等)更为牢固耐久。更为牢固耐久。合成橡胶不仅是工业用和生活用原料,而且是战略物质。合成橡胶不仅是工业用和生活用原料,而且是战略物质。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物例1. 生产生产1 kt天然橡胶,要天然橡胶,要300万株橡胶树,占地约
4、万株橡胶树,占地约3万亩,而万亩,而且需且需5000-6000人。而生产人。而生产1 kt合成橡胶,厂房占地仅合成橡胶,厂房占地仅l0亩左右,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高达5-8万万t。年产。年产100万万t天然橡胶可节约天然橡胶可节约1000万亩土地,节约万亩土地,节约种植劳动力种植劳动力500万人。万人。例2. 一个年产一个年产10万万t合成纤维工厂相当于合成纤维工厂相当于200多万亩棉田的产量,多万亩棉田的产量,也相当于也相当于2000万多头绵羊的年产毛量,我国如能年产万多头绵羊的年产毛量,我国
5、如能年产100万万t合合成纤维,可节约成纤维,可节约2000多万亩土地,可养活多万亩土地,可养活3000-4000万人口。万人口。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物2. 高分子合成材料发展简史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、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。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。早期,我国劳动人民利用天然桐油,经适当处理制成油漆。
6、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。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。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年,英国人由硝酸处理纤维素制得塑料(赛璐珞赛璐珞),以后又相,以后又相继制成人造纤维。继制成人造纤维。80年代末期用蛋白质年代末期用蛋白质-乳酪素为原料获得了乳乳酪素为原料获得了乳酪素塑料。它们又叫做半合成材料。酪素塑料。它们又叫做半合成材料。1874年,苯酚年,苯酚+甲醛合成树脂状的物质甲醛合成树脂状的物质1883年,法国人发明了用乙酸酐与纤维素制人造丝年,法国人发明了用乙
7、酸酐与纤维素制人造丝(粘胶纤维粘胶纤维)。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物天然高聚物的主要用途天然高聚物的主要用途我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物1910年,美国正式工业化生产酚醛树脂,随后相继合成出丁苯年,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、尼龙橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、尼龙-66、聚酯纤维、高压聚乙烯、聚酯纤维、高压聚乙烯和聚氯乙烯,产量和品种在世界
8、大战中得到快速发展。和聚氯乙烯,产量和品种在世界大战中得到快速发展。1920年,年,H. Staudinger提出了提出了“高分子化合物的概念,建立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。大分子链的学术观点并系统研究了加聚反应。1931年,年,W. H. Carothers提出高聚物溶解与合成的理论,同时提出高聚物溶解与合成的理论,同时广泛研究了缩聚反应。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也系统研究了高分子链行为和高分子溶液理论。子溶液理论。1925-1935年,逐渐明确了有关高分子化合物的基本概念,诞生年,逐渐明确了有关高分子化合物的基
9、本概念,诞生了了“高分子化学高分子化学”这一新兴学科。反过来,它又有力地促进高这一新兴学科。反过来,它又有力地促进高分子化合物的工业生产。分子化合物的工业生产。20世纪是高分子材料合成工业不断发展壮大的时期世纪是高分子材料合成工业不断发展壮大的时期我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物20世纪世纪40年代初,由于第二次世界大战所需橡胶数量巨大,大年代初,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。力发展合成橡胶,奠定了石油化学工业的基础。50年代以后,年代以后,
10、Ziegler-Natta 发现了由有机金属化合物和过渡金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,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。高分子合成材料的产量激增。1994年,全世界三大合成材料的产量超过年,全世界三大合成材料的产量超过1.4104万吨,按体积万吨,按体积计算超过钢铁。计算超过钢铁。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测
11、没有错:表里边有一个活的生物合成高聚物的主要用途合成高聚物的主要用途我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物世界三大合成材料产量世界三大合成材料产量(万吨万吨)进入进入21世纪,材料科学的高速发展与高新技术的广世纪,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人一个崭新的时期。泛采用使高分子材料合成工业进人一个崭新的时期。21世纪展望世纪展望我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物我们古代
12、祖先早已经使用各种天然高分子材料,创造了灿烂的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。华夏文明。19世纪末期才开始出现天然高分子加工工业。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年,我国主要合成树脂产量约200t,合成橡胶也约,合成橡胶也约200t。1958年,锦西化工厂建成年产年,锦西化工厂建成年产3000吨吨PVC生产装置,结束了我生产装置,结束了我国无高分子产品的历史。国无高分子产品的历史。3. 我国高分子材料合成工业现状我国高分子材料合成工业现状新中国成立后,我国的高分子材料合成工业从无到有、从小到新中国成立后,我国的高分子材料合
13、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。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。燕山、兰州、吉林、大庆、齐鲁、金山、仪征、高桥、辽阳等。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物我国的高分子材料正逐步与国际市场接轨,
14、但是相比之下仍然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。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。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,例如,1995年我国有涂料生产企业年我国有涂料生产企业4544家,是美国的家,是美国的9倍,而人倍,而人均涂料年产量仅有美国的九分之一。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,工业
15、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。但是还没有很好的消化吸收,继续创新能力不足。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。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。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。我国高分子材料合成工业差距我国高分子材料合成工业差距我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里
16、边有一个活的生物4. 我国高分子材料合成工业发展趋势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,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。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例如,乙烯装置的经济规模已从l万吨万吨/年,持续增长为年,持续增长为30万万t/年、年、60万万t/年。在年。在2l世纪将达到世纪将达到100万万t/年以上全球最大的单年以上全球最大的单系列聚丙烯装置规模为系列聚丙烯装置规模为95万万t/年。年。国内目前正在积极
17、向大型化发展,多家企业正在将乙烯产能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扩大到60万万-70万万t/年,在建的聚烯烃装置的规模大都在年,在建的聚烯烃装置的规模大都在20万万-40万万t/年的水平。年的水平。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物(2) 产品结构调整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;低密度多个牌号,而国外则
18、超过数千种;低密度聚乙烯国内有聚乙烯国内有143个牌号的生产技术,经常生产的只有个牌号的生产技术,经常生产的只有30个,而个,而且主要是通用膜、农膜、包装膜,其中占产量且主要是通用膜、农膜、包装膜,其中占产量60的薄膜牌号基的薄膜牌号基本上是本上是大路货大路货。(3) 加强高分子材料科学与工艺学的理论基础研究加强高分子材料科学与工艺学的理论基础研究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。术进步的重要目标
19、。(4) 催化剂的重大作用催化剂的重大作用我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物(5) 合成、加工与应用的一体化合成、加工与应用的一体化(7) 发展清洁生产,注重可持续发展发展清洁生产,注重可持续发展(8) 增强技术创新能力,培养高素质人才增强技术创新能力,培养高素质人才(6) 计算机、信息技术迅速推广应用:计算机、信息技术迅速推广应用:计算机和信息技术与化学计算机和信息技术与化学工业的结合和渗透,正成为产业升级的主要内容和推动力之一,工业的结合和渗透,正成为产业升级的主要内容和推动力之一,生产过
20、程和经营过程的集成化与科学化,是当前高分子树料工业生产过程和经营过程的集成化与科学化,是当前高分子树料工业计算机化和信息化的主要特征。计算机化和信息化的主要特征。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物5. 高分子合成工业高分子合成工业(1) 基本原料基本原料:石油、天然气、煤炭等为原材料。石油、天然气、煤炭等为原材料。 (2) 生产过程生产过程:包括石油开采、石油炼制、基本有机合成、高包括石油开采、石油炼制、基本有机合成、高分子合成、高分子合成材料成型等工业部门,提供主要的原料分子合成、高分子合成
21、材料成型等工业部门,提供主要的原料-单体、溶剂、塑料添加剂等辅助原料。单体、溶剂、塑料添加剂等辅助原料。(3) 高分子合成工业的任务高分子合成工业的任务:将基本有机合成工业生产的单体,将基本有机合成工业生产的单体,经过聚合反应合成高分子化合物,从而为高分子合成材料成型经过聚合反应合成高分子化合物,从而为高分子合成材料成型工业提供基本原料。因此基本有机合成工业、高分子合成工业工业提供基本原料。因此基本有机合成工业、高分子合成工业和高分子合成材料成型工业是密切相联系的三个工业部门。和高分子合成材料成型工业是密切相联系的三个工业部门。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽
22、的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物(1 1)高分子合成工业的基本原料)高分子合成工业的基本原料最基本的原料:石油最基本的原料:石油 天然气天然气 煤炭煤炭当前最重要的原料来源路线是:当前最重要的原料来源路线是:a.a.煤的路线煤的路线b.b.石油的路线石油的路线我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物a.a.煤的路线煤的路线 煤煤 煤气、煤焦油、焦炭煤气、煤焦油、焦炭 苯苯 煤焦油煤焦油 甲苯甲苯 二甲苯二甲苯 焦炭焦炭 + + 生石灰生石灰 电石电石 乙炔乙炔
23、合成一系列乙烯基单体或其他有机化工原料合成一系列乙烯基单体或其他有机化工原料干干 馏馏精制精制分离分离我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物b.b.石油的路线石油的路线 乙烯乙烯 丙烯丙烯石油裂解石油裂解 丁烯丁烯 丁二烯丁二烯 苯、甲苯、二甲苯等苯、甲苯、二甲苯等我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物从石油路线看高分子的合成过程从石油路线看高分子的合成过程1).1).原油的开采与炼制原油的开采与炼制
24、( (石油战线工人做石油战线工人做) ) 原油原油 石油气、汽油、炼油等石油气、汽油、炼油等2).2).油品的高温裂解与单体合成油品的高温裂解与单体合成( (基本有机合成专业基本有机合成专业) ) 油品油品 乙烯、丙烯、丁二烯等乙烯、丙烯、丁二烯等 苯、甲苯、二甲苯等苯、甲苯、二甲苯等 单体合成单体合成炼制炼制裂解裂解重整重整CH2=CH2CH2-CH3CH2=CH2H2+ cat+我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物3).单体合成单体合成(高分子化工专业高分子化工专业) 合成树脂合成树脂 单体
25、单体 合成橡胶合成橡胶4).高分子的加工高分子的加工 合成塑料合成塑料 合成树脂合成树脂 合成纤维合成纤维 合成橡胶合成橡胶 橡胶制品橡胶制品引发剂引发剂 聚合聚合加工加工加工加工即硫化即硫化我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物v高分子合成高分子合成的任务:的任务: 研究如何利用高分子化工的基本理论,把基研究如何利用高分子化工的基本理论,把基本有机合成工业制得的单体采取什么办法使之聚本有机合成工业制得的单体采取什么办法使之聚合,经聚合反应合成高分子化合物为高分子材料合,经聚合反应合成高分子化合物
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