高分子材料改性绪论课件

高分子材料改性绪论高分子材料改性绪论高分子材料改性绪论高分子材料改性绪论培训目的：培训目的：1）了解聚合物加工改性的目的和意义；）了解聚合物加工改性的目的和意义；2）介绍聚合物加工改性的常用方法；）介绍聚合物加工改性的常用方法；3）介绍聚合物加工改性的常用设备；）介绍聚合物加工改性的常用设备；4）介绍聚合物改性后成型方式。）介绍聚合物改性后成型方式。培训目的：培训目的：一、聚合物改性的目的和意义一、聚合物改性的目的和意义5000BC015001900196019801990200020102020金金铜铜铁铁钢钢合金钢合金钢高温合金高温合金高分子高分子木材木材皮肤皮肤纤维纤维动物胶动物胶橡胶橡胶电木电木尼龙尼龙PEPCPSPPPAN聚酯聚酯高模聚合物高模聚合物导电高分子导电高分子复合材料复合材料金属基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料石材石材陶瓷陶瓷陶器陶器玻璃玻璃水泥水泥耐火材料耐火材料熔融硅熔融硅耐湿陶瓷耐湿陶瓷韧性机械陶瓷韧性机械陶瓷一、聚合物改性的目的和意义一、聚合物改性的目的和意义5000BC01500190019高分子材料改性绪论课件高分子材料改性绪论课件高分子材料改性绪论课件高分子材料改性绪论课件高分子材料改性绪论课件高分子材料改性绪论课件塑料塑料=树脂树脂+助剂助剂我国塑料工业发展迅速，至十一五规划末期的我国塑料工业发展迅速，至十一五规划末期的2010年，塑料制品年产量已接近年，塑料制品年产量已接近6000万吨，年万吨，年产值达产值达1.42万亿元。万亿元。为何高分子材料发展如此迅速？为何高分子材料发展如此迅速？塑料塑料=树脂树脂+助剂助剂材料三要素材料三要素性能加工结构 物理物理 化学化学 工程工程材料三要素性能加工结构材料三要素性能加工结构 物理物理 化学化学 工程工程材料组成材料组成材料组成材料组成成型加工成型加工成型加工成型加工方法方法方法方法高分子材料高分子材料高分子材料高分子材料三因素三因素三因素三因素机械与模具机械与模具机械与模具机械与模具材料组成成型加工高分子材料机械与模具材料组成成型加工高分子材料机械与模具高分子材料改性绪论课件高分子材料改性绪论课件塑料分类为通用塑料和工程塑料。塑料分类为通用塑料和工程塑料。其中工程塑料制的是拉伸强度大于其中工程塑料制的是拉伸强度大于50MPa，冲，冲击大于击大于6kJ/m2，长期耐热温度，长期耐热温度100度，刚性好，度，刚性好，蠕变小等。蠕变小等。大部分通用塑料和工程塑料需要改性。大部分通用塑料和工程塑料需要改性。塑料分类为通用塑料和工程塑料。塑料分类为通用塑料和工程塑料。高分子材料的易加工性，加工成本较低。高分子材料的易加工性，加工成本较低。高分子具有可挤压性、可模塑型、可纺性和可延高分子具有可挤压性、可模塑型、可纺性和可延性。性。高分子改性需要考虑的问题：加什么？加多少？高分子改性需要考虑的问题：加什么？加多少？协调效应？协调效应？高分子材料的易加工性，加工成本较低。高分子材料的易加工性，加工成本较低。材料性质分类：材料性质分类：1）内在性质：材料结构组成决定；）内在性质：材料结构组成决定；2）加工性质：是否能加工和加工以后性质变化）加工性质：是否能加工和加工以后性质变化？3）产品性质：制品属性。）产品性质：制品属性。材料性质分类：材料性质分类：国外代表意义的塑料改性国外代表意义的塑料改性龙头企业龙头企业：杜邦、帝人、巴斯夫、帝斯曼、罗地亚、杜邦、帝人、巴斯夫、帝斯曼、罗地亚、普力万、泰科纳、旭化成。普力万、泰科纳、旭化成。国内有代表意义的塑料改性国内有代表意义的塑料改性龙头企业龙头企业：金发科技、普利特、银禧科技、哈尔滨鑫金发科技、普利特、银禧科技、哈尔滨鑫达、杰事杰、亚太国际、温州俊尔、科苑、达、杰事杰、亚太国际、温州俊尔、科苑、聚赛龙、道恩、和氏璧等等。聚赛龙、道恩、和氏璧等等。国外代表意义的塑料改性龙头企业：国外代表意义的塑料改性龙头企业：高分子材料改性绪论课件高分子材料改性绪论课件二、高分子材料改性常用方法二、高分子材料改性常用方法共混：复合材料、增强增韧等共混：复合材料、增强增韧等接枝：作为相容剂接枝：作为相容剂FusabondFusabond、BynelBynel交联：增强耐热、耐溶剂性交联：增强耐热、耐溶剂性嵌段共聚：扩链等。嵌段共聚：扩链等。二、高分子材料改性常用方法共混：复合材料、增强增韧等二、高分子材料改性常用方法共混：复合材料、增强增韧等高分子材料关注的主要性能高分子材料关注的主要性能1）外观：表面光泽度、色泽的一致性和持久性；）外观：表面光泽度、色泽的一致性和持久性；2）物理性能：密度、结晶度、吸水性、透气性、透）物理性能：密度、结晶度、吸水性、透气性、透湿性和折射率；湿性和折射率；3）机械性能：拉伸强度、伸长率、弯曲强度、压缩）机械性能：拉伸强度、伸长率、弯曲强度、压缩强度、硬度、摩擦系数、耐磨耗性；强度、硬度、摩擦系数、耐磨耗性；4）热性能：熔点、耐老化性能、热变形温度、软化）热性能：熔点、耐老化性能、热变形温度、软化温度、催化温度；温度、催化温度；5）电性能：体积电阻率、表面电阻率、介电常数、）电性能：体积电阻率、表面电阻率、介电常数、耐电弧性；耐电弧性；高分子材料关注的主要性能高分子材料关注的主要性能6）耐化学药品性：耐酸耐碱性、耐溶剂性；）耐化学药品性：耐酸耐碱性、耐溶剂性；7）长期使用性：耐蠕变性、耐疲劳性、耐候性；）长期使用性：耐蠕变性、耐疲劳性、耐候性；8）燃烧性：闪点、自燃点、氧指数；）燃烧性：闪点、自燃点、氧指数；9）界面性能：表面张力、浸润性；）界面性能：表面张力、浸润性；10）成型性：耐热稳定性、流变性、结晶性、成型）成型性：耐热稳定性、流变性、结晶性、成型收缩率、熔融指数、粘结性；收缩率、熔融指数、粘结性；11）经济性：成本；）经济性：成本；12）法规：安全规定、工业规定、环保规定。）法规：安全规定、工业规定、环保规定。6）耐化学药品性：耐酸耐碱性、耐溶剂性；）耐化学药品性：耐酸耐碱性、耐溶剂性；三、高分子材料常用设备三、高分子材料常用设备三、高分子材料常用设备三、高分子材料常用设备高分子材料改性绪论课件高分子材料改性绪论课件双螺杆挤出机：主机和辅机组成。双螺杆挤出机：主机和辅机组成。主机：主机：双螺杆挤出机或是单螺杆往复机双螺杆挤出机或是单螺杆往复机。双螺杆挤出机：高速同向啮合式，在各种螺纹及双螺杆挤出机：高速同向啮合式，在各种螺纹及混炼元件中可产混炼元件中可产 生十分强烈而复杂的物料传递生十分强烈而复杂的物料传递交换、分流掺合以及剪切捏合等交换、分流掺合以及剪切捏合等 作用。作用。双螺杆挤出机的发展趋势是向高扭矩、高转速、双螺杆挤出机的发展趋势是向高扭矩、高转速、低能耗方向发展，高转速带来的效果即是高生产低能耗方向发展，高转速带来的效果即是高生产率。率。双螺杆挤出机：主机和辅机组成。双螺杆挤出机：主机和辅机组成。高分子材料改性绪论课件高分子材料改性绪论课件高分子材料改性绪论课件高分子材料改性绪论课件辅机辅机结晶干燥机结晶干燥机辅机辅机喂料系统：喂料系统：体积计量体积计量喂料系统：喂料系统：切粒方式：磨面热切粒、冷切粒切粒方式：磨面热切粒、冷切粒切粒方式：磨面热切粒、冷切粒切粒方式：磨面热切粒、冷切粒吹风干燥机吹风干燥机吹风干燥机吹风干燥机振动筛振动筛振动筛振动筛四、聚合物成型方式四、聚合物成型方式挤出成型挤出成型注塑成型注塑成型压延成型压延成型二次成型二次成型四、聚合物成型方式挤出成型四、聚合物成型方式挤出成型我国改性塑料企业前我国改性塑料企业前30强强打印打印我国改性塑料企业我国改性塑料企业前前30强强.doc我国改性塑料企业前我国改性塑料企业前30强打印强打印我国改性塑料企业我国改性塑料企业前前30强强.改性塑料通常是指通过改性技术获得的具有鲜明特征的塑料产品，通常是以母料或专用料的形式提供给塑料制品加工用户。塑料改性是一门科学，它的学术基础涉及多个领域，而将理论用于生产实践就诞生了塑料改性的实用技术。实践过程中遇到的种种问题反过来又促进了改性理论和学术的发展，这一过程始终伴随着整个塑料工业的发展历程，而且近年来越来越显示出其重要性。塑料改性是指通过物理的、化学的或二者兼具的方法使塑料材料的性能向人们所预期的方向发生变化，或者使成本显著降低，或者使某些性能得以改善，或者赋予塑料材料全新的功能。改性的过程可以在合成树脂生成的过程中（聚合）发生，也可以在合成树脂被加工的过程中进行。改性塑料通常是指通过改性技术获得的具有鲜明特征的塑料产品，通改性塑料通常是指通过改性技术获得的具有鲜明特征的塑料产品，通纳米塑料及其产业化问题粉体材料表面处理与粉体超细化以相容性良好的高分子材料为载体的专门用于ABS的填充母料“增重”问题与解决办法塑木材料纳米塑料及其产业化问题纳米塑料及其产业化问题3.1 3.1 高性能化高性能化 8080年代以来年代以来,由于新的工业化大品种聚合物几由于新的工业化大品种聚合物几乎未再出现，通过各种改性手段实现现有高分子材乎未再出现，通过各种改性手段实现现有高分子材料及其制品的高性能化成为当前高分子材料的重要料及其制品的高性能化成为当前高分子材料的重要发展趋势。发展趋势。3.3.国内外高分子材料的发展动向国内外高分子材料的发展动向3.1 高性能化高性能化 80年代以来年代以来,由于新的工由于新的工业业化大品化大品333.1.1 3.1.1 塑料的高性能化塑料的高性能化通用塑料的工程化通用塑料的工程化和和工程塑料的高性能化工程塑料的高性能化（“比铁还比铁还硬，比钢还强硬，比钢还强”）塑料高性能化的方法（塑料高性能化的方法（改性塑料改性塑料）：）：（1 1）化学改性化学改性（茂金属催化聚合、间规聚合、超（茂金属催化聚合、间规聚合、超 高分子量聚乙烯等）；高分子量聚乙烯等）；（2 2）共混与合金化共混与合金化（物理共混、接枝、嵌段、互（物理共混、接枝、嵌段、互 穿聚合物网络、相容剂技术）；穿聚合物网络、相容剂技术）；（3 3）填充填充（偶联剂技术、纳米复合技术等）；（偶联剂技术、纳米复合技术等）；（4 4）纤维增强纤维增强（高性能纤维增强塑料、自增强技术）。（高性能纤维增强塑料、自增强技术）。3.1.1 塑料的高性能化通用塑料的工程化和工程塑料的高性能塑料的高性能化通用塑料的工程化和工程塑料的高性能34 （5 5）塑料高性能化的成型加工新技术塑料高性能化的成型加工新技术：1 1）反应挤出技术；）反应挤出技术；2 2）微波技术；）微波技术；3 3）振动技术；）振动技术；4 4）挤出和注射自增强技术；）挤出和注射自增强技术；（6 6）无卤阻燃技术）无卤阻燃技术 从上世纪从上世纪9090年代以来，年代以来，国内改性塑料行业已成为发国内改性塑料行业已成为发展最快的新兴产业（如金发科技）。展最快的新兴产业（如金发科技）。（5）塑料高性能化的成型加工新技）塑料高性能化的成型加工新技术术：353.1.2 3.1.2 橡胶的高性能化橡胶的高性能化子午线轮胎：是世界轮胎工业的发展方向。子午线轮胎：是世界轮胎工业的发展方向。世界世界轮胎子午化率达轮胎子午化率达9090以上，而中国为以上，而中国为8080左右。左右。高性能轮胎高性能轮胎是当前轮胎工业的发展方向：是当前轮胎工业的发展方向：包括包括“绿色绿色”轮胎、节能轮胎、安全轮胎、轮胎、节能轮胎、安全轮胎、高里程轮胎、智能轮胎等，其特点是兼具高里程轮胎、智能轮胎等，其特点是兼具低滚动低滚动阻力、高抗湿滑性、高耐磨、高寿命阻力、高抗湿滑性、高耐磨、高寿命等优良综合等优良综合性能。滚动阻力下降性能。滚动阻力下降20203535，节油，节油3 35 5。3.1.2 橡胶的高性能化子午橡胶的高性能化子午线轮线轮胎：是世界胎：是世界轮轮胎工胎工业业的的发发展方展方36高性能轮胎是当前世界轮胎工业的重要发展趋势高性能轮胎的三个基本性能：(1)低滚动阻力;(2)高抗湿滑性；(3)高耐磨性节能节能环保环保安全安全耐用耐用高性能轮胎是绿色、环高性能轮胎是绿色、环保型轮胎保型轮胎高性能高性能轮轮胎是当前世界胎是当前世界轮轮胎工胎工业业的重要的重要发发展展趋势趋势高性能高性能轮轮胎的三个基胎的三个基37汽车油耗的汽车油耗的40%40%左右用于克服轮胎左右用于克服轮胎的滚动阻力，的滚动阻力，轮胎对汽车的节能具有轮胎对汽车的节能具有关键作用。关键作用。汽车尾气污染成为城汽车尾气污染成为城市大气污染的罪魁祸首！市大气污染的罪魁祸首！高性能轮胎能减少汽车尾气污染，是一类绿色、环保型轮胎汽汽车车油耗的油耗的40%左右用于克服左右用于克服轮轮胎胎 汽汽车车尾气尾气污污染成染成为为城市城市38 按照高性能轮胎的节油率按照高性能轮胎的节油率5 5计计算，如果在全国推广应用，每年可算，如果在全国推广应用，每年可节省燃油节省燃油500500万吨，相当于节省人民万吨，相当于节省人民币约币约500500亿元！亿元！美国美国美国美国“大众机械大众机械大众机械大众机械”杂志杂志杂志杂志把低滚阻轮胎评为把低滚阻轮胎评为把低滚阻轮胎评为把低滚阻轮胎评为2009200920092009年美国十大科技之一年美国十大科技之一年美国十大科技之一年美国十大科技之一 按照高性能按照高性能轮轮胎的胎的节节油率油率5计计算，如果在全国推广算，如果在全国推广应应用，用，39 轮胎的抗湿滑性与行车安全密切相关。高轮胎的抗湿滑性与行车安全密切相关。高速公路上汽车事故的速公路上汽车事故的50%50%以上与轮胎有关以上与轮胎有关!兼兼具具低低滚滚动动阻阻力力和和高高抗抗湿湿滑滑性性的的新新材材料料的的研研究究是研制高性能轮胎的关键。是研制高性能轮胎的关键。轮轮胎的抗湿滑性与行胎的抗湿滑性与行车车安全密切相关。高速公路上汽安全密切相关。高速公路上汽车车40汽车用非轮胎橡胶制品：汽车用非轮胎橡胶制品：汽车的轻量化对橡胶制品耐热、耐油和耐化学品性能要求提汽车的轻量化对橡胶制品耐热、耐油和耐化学品性能要求提高高 ，促进了丙烯酸酯橡胶、氯磺化聚乙烯、硅橡胶、氟橡，促进了丙烯酸酯橡胶、氯磺化聚乙烯、硅橡胶、氟橡胶、氢化丁腈橡胶、三元乙丙橡胶等的使用。胶、氢化丁腈橡胶、三元乙丙橡胶等的使用。减震隔震橡胶制品：减震隔震橡胶制品：应用于地震地区的应用于地震地区的房屋建筑橡胶隔震支座（如汶川地区房屋建筑橡胶隔震支座（如汶川地区重建）重建）、汽车、桥梁、铁路、船舰（、汽车、桥梁、铁路、船舰（潜水艇减震潜水艇减震）等领域。）等领域。汽汽车车用非用非轮轮胎橡胶制品：胎橡胶制品：41新建的汶川第二小学采用了橡胶减震技术。隔震橡胶支座建筑隔震专家周福霖院士（广州大学）新建的汶川第二小学采用了橡胶减震技新建的汶川第二小学采用了橡胶减震技术术。隔震橡胶支座建筑隔震。隔震橡胶支座建筑隔震专专423.1.3 3.1.3 纤维的高性能化纤维的高性能化高性能纤维高性能纤维：高强度纤维、高模量纤维、：高强度纤维、高模量纤维、耐高温纤维、阻燃耐火纤维耐高温纤维、阻燃耐火纤维 耐腐蚀纤维耐腐蚀纤维特点特点:(1)(1)具有远优于普通纤维的物理机械性具有远优于普通纤维的物理机械性 能、热性能和化学性能；能、热性能和化学性能；（2 2）采用高技术制备，应用于高科技或）采用高技术制备，应用于高科技或 特殊领域；特殊领域；（3 3）高附加值。）高附加值。主要品种主要品种:碳纤维碳纤维、芳纶纤维芳纶纤维、PBOPBO纤维纤维 聚芳酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维聚芳酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维3.1.3 纤维纤维的高性能化高性能的高性能化高性能纤维纤维：高：高强强度度纤维纤维、高模量、高模量纤维纤维43碳纤维及其碳纤维及其复合材料复合材料航天（火箭、卫星、航天（火箭、卫星、飞船外壳、烧蚀材料）飞船外壳、烧蚀材料）建筑（混凝土增强、建筑建筑（混凝土增强、建筑物加固、桥梁加固）物加固、桥梁加固）航空（飞机机身、航空（飞机机身、直升飞机叶片、刹车器，直升飞机叶片、刹车器，A350CFRP占占62%，B787占占50%）汽车（车身、传动轴，汽车（车身、传动轴，减重减重30%，节能，节能20%）各种机械零各种机械零件、武器件、武器高速列车车身高速列车车身（减少噪音、减震、隔热）（减少噪音、减震、隔热）体育、休闲器材体育、休闲器材新能源（风叶、采油、新能源（风叶、采油、电极、核电、复合电缆）电极、核电、复合电缆）碳碳纤维纤维及其航天（火箭、及其航天（火箭、卫卫星、建筑（混凝土增星、建筑（混凝土增强强、建筑航空（、建筑航空（飞飞机机44其他新型高性能纤维其他新型高性能纤维芳纶纤维：芳纶纤维：具有超高强度、高模量、高韧性、耐高温、耐酸耐碱、重具有超高强度、高模量、高韧性、耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能量轻等优良性能,其强度是钢丝的其强度是钢丝的 5 56 6倍倍 ，模量为钢丝或玻模量为钢丝或玻璃纤维的璃纤维的2 23 3倍，韧性是钢丝的倍，韧性是钢丝的2 2倍，而重量仅为钢丝的倍，而重量仅为钢丝的1/51/5左左右。右。广泛应用于航天航空、轮胎及传送带骨架材料、防弹衣、广泛应用于航天航空、轮胎及传送带骨架材料、防弹衣、头盔、高强绳索等方面。头盔、高强绳索等方面。PBOPBO纤维（纤维（ZylonZylon）：）：聚对苯撑苯并双恶唑聚对苯撑苯并双恶唑 ，是新世纪的超强纤维，是新世纪的超强纤维 。其强度超其强度超过碳纤维、芳纶纤维，也超过不锈钢纤维。过碳纤维、芳纶纤维，也超过不锈钢纤维。可用于航空航天、可用于航空航天、防弹材料、防护服、消防服、增强材料、耐热垫等。整天穿著防弹材料、防护服、消防服、增强材料、耐热垫等。整天穿著之防彈背心，厚度僅為之防彈背心，厚度僅為3.5mm 3.5mm。可作为。可作为“月球天梯月球天梯”材料。材料。其他新型高性能其他新型高性能纤维纤维芳芳纶纤维纶纤维：45艺术家笔下的“月球电梯”想象图艺术艺术家笔下的家笔下的“月球月球电电梯梯”想象想象图图463.2 功能化功能化 随着高新技术的发展，各种功能化高分子材随着高新技术的发展，各种功能化高分子材料及其制品的应用越来越广泛，品种越来越多，料及其制品的应用越来越广泛，品种越来越多，要求越来越高，市场需求量越来越大，从而为高要求越来越高，市场需求量越来越大，从而为高分子材料产业提供了许多新的发展机遇。分子材料产业提供了许多新的发展机遇。功能高分子材料已经或正在形成新的产业，功能高分子材料已经或正在形成新的产业，成为高分子材料产业中最有发展前景的新的增长成为高分子材料产业中最有发展前景的新的增长点。点。3.2 功能化功能化 随着高新技随着高新技术术的的发发展，各种功能化高分展，各种功能化高分473.2.1 3.2.1 电子信息用高分子材料电子信息用高分子材料:印刷线路板印刷线路板感光高分子材料感光高分子材料 随着集成电路的集成化程度的不断提高，对印刷电路随着集成电路的集成化程度的不断提高，对印刷电路感光高分子材料的要求越来越高。感光高分子材料的要求越来越高。硅橡胶按键硅橡胶按键磁性高分子材料磁性高分子材料:由由高分子材料与磁性粉末复合高分子材料与磁性粉末复合而成。而成。可记录声、光、可记录声、光、电等信息电等信息，并有重放功能，广泛用于电子、电气、通讯、，并有重放功能，广泛用于电子、电气、通讯、航空航天、汽车、家电、计算机、复印机等。航空航天、汽车、家电、计算机、复印机等。塑料光纤（塑料光纤（PMMA,PS,PC)PMMA,PS,PC)：具有大口径、高开口数、处理方便、加工简便、价廉、具有大口径、高开口数、处理方便、加工简便、价廉、接续方便等优点，接续方便等优点，适用于短距离通信网络适用于短距离通信网络，将会成为未来，将会成为未来信息社会的新兴产业。信息社会的新兴产业。3.2.1 电电子信息用高分子材料子信息用高分子材料:48 3.2.2 3.2.2 导电和光电高分子材料导电和光电高分子材料 导电聚合物导电聚合物二十世纪高分子领域的重大发现（二十世纪高分子领域的重大发现（20002000年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖），具有革命性影响。），具有革命性影响。含大含大键的的高分子材料，经化学或电化学掺杂而成。键的的高分子材料，经化学或电化学掺杂而成。具有导电性、电致变色、电致发光、非线性光学等性能。包具有导电性、电致变色、电致发光、非线性光学等性能。包括聚乙炔及其衍生物、聚噻吩、聚苯胺、聚对苯乙烯撑括聚乙炔及其衍生物、聚噻吩、聚苯胺、聚对苯乙烯撑（PPVPPV）、聚噻吩等。）、聚噻吩等。高分子电致发光材料（高分子电致发光材料（OLEDOLED）：）：（1 1）新一代平板显示器）新一代平板显示器：具有视角宽、能耗低、响应：具有视角宽、能耗低、响应速度快、超薄、超轻、成型加工简便、可制备全固化薄膜器速度快、超薄、超轻、成型加工简便、可制备全固化薄膜器件和柔性显示等优点。件和柔性显示等优点。（2 2）平面光源：）平面光源：白光照明，成本低。白光照明，成本低。聚合物太阳能电池聚合物太阳能电池：大面积，柔性、质轻、易制备、易：大面积，柔性、质轻、易制备、易修饰、开路电压高、成本低等优点，效率已达修饰、开路电压高、成本低等优点，效率已达5-75-7。华南理工大学曹镛院士的工作华南理工大学曹镛院士的工作。3.2.2 导电导电和光和光电电高分子材料高分子材料 493.2.3 3.2.3 生物医学高分子材料生物医学高分子材料 人工脏器材料人工脏器材料 医用导管及其他医疗卫生用品；医用导管及其他医疗卫生用品；高分子药物：长效、缓释、靶向、治癌高分子药物：长效、缓释、靶向、治癌 组织工程支架材料：组织工程支架材料：在体外预先构建一个有生物活性的种在体外预先构建一个有生物活性的种植体，然后植入体内，修复组织缺损，替代组织、器官的一部植体，然后植入体内，修复组织缺损，替代组织、器官的一部分或全部功能，其核心是分或全部功能，其核心是活的细胞活的细胞和可供细胞进行生命活动的和可供细胞进行生命活动的可降解支架材料可降解支架材料，这是组织工程学研究的主要科学问题。，这是组织工程学研究的主要科学问题。人造皮肤人造耳人造颅骨生长良好整形美容进入组织工程时代3.2.3 生物医学高分子材料人造皮肤人造耳人造生物医学高分子材料人造皮肤人造耳人造颅颅骨生骨生长长良良503.2.4 3.2.4 功能涂料功能涂料 装饰、保护和特殊功能相结合装饰、保护和特殊功能相结合，如导电、阻尼、阻燃，如导电、阻尼、阻燃防火、隔热、示温、防辐射、防火、隔热、示温、防辐射、微波吸收微波吸收、防水、防水、自洁性自洁性、杀虫、空气净化、荧光、杀虫、空气净化、荧光、超疏水超疏水等特种涂料。等特种涂料。3.2.5 3.2.5 高吸水树脂高吸水树脂 卫生用品、水土保护、沙漠改造。卫生用品、水土保护、沙漠改造。3.2.6 3.2.6 其他其他 分离膜材料；分离膜材料；形状记忆材料形状记忆材料；水处理材料；水处理材料；高分子催化剂等。高分子催化剂等。3.2.73.2.7 高分子制品的功能化高分子制品的功能化 如智能轮胎、如智能轮胎、跑气保用轮胎跑气保用轮胎、智能鞋等。、智能鞋等。3.2.4 功能涂料功能涂料51大自然的启发大自然的启发荷叶，水黾。荷叶，水黾。超疏水材料超疏水材料表面接触角大于表面接触角大于150150滚动角小于滚动角小于55的材料。的材料。结构特点结构特点：疏水性聚合物表面具有微纳米粗糙结构。：疏水性聚合物表面具有微纳米粗糙结构。应用应用：（：（1 1）超疏水自洁性外墙涂料；）超疏水自洁性外墙涂料；（2 2）输电电缆防冰冻；）输电电缆防冰冻；（3 3）革命性水上交通工具（浮力大、阻力小、速度快、）革命性水上交通工具（浮力大、阻力小、速度快、能耗低）；能耗低）；（4 4）无需雨刷的汽车挡风玻璃；）无需雨刷的汽车挡风玻璃；（5 5）冰箱、空调等防霜；超级防水衣；）冰箱、空调等防霜；超级防水衣；（6 6）超抗腐蚀金属材料）超抗腐蚀金属材料 。超疏水材料超疏水材料大自然的启大自然的启发发荷叶，水荷叶，水黾黾。超疏水材料。超疏水材料52图5 BBT(a)、(b),BBOT(c)、(d)超疏水表面的扫描电镜照片图图5 BBT(a)、(b),BBOT(c)533.3 3.3 复合化复合化1.纤维增强树脂复合材料：1.玻璃纤维增强树脂复合材料（玻璃钢）；2.高性能（先进）复合材料：高性能纤维（碳纤维、芳纶纤维、高模量聚乙烯纤维等、氧化铝纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维、硼纤维等）高性能树脂（特种环氧树脂、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、氰酸酯树脂、特种热塑性树脂如PEEK、PSF等）3.3 复合化复合化1.纤维纤维增增强强树树脂复合材料：脂复合材料：54 2.2.聚合物聚合物/无机物纳米复合材料无机物纳米复合材料：纳米材料是二十世纪后期崛起的一类具有划时代意义的新材料.聚合物/无机物纳米复合材料的主要特征是复合 体 系 的 一 个 组 分 至 少 有 一 维 以 纳 米 尺 寸（100nm）均匀分散在另一组分的基体中。聚合物/无机物纳米复合材料的性能(包括力学性能、阻隔性能、阻燃性能、热性能、电性能、生物性能等）比相应的宏观或微米级复合材料有非常显著的提高，甚至表现出全新的性能。2.聚合物聚合物/无机物无机物纳纳米复合材料：米复合材料：55聚合物/无机物纳米复合材料可分为3类:(1)聚合物/粒状无机物纳米复合材料：纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛等。(2)聚合物/层状无机物纳米复合材料：层状硅酸盐（蒙脱土、高岭土等），层状石墨等。（3）聚合物/无机纳米管纳米复合材料：碳纳米管，埃洛石NR/nano SiO2(nano granules)NR/Motmorillonite(nano layers)SBR/halloysite(nanotubes)聚合物聚合物/无机物无机物纳纳米复合材料可分米复合材料可分为为3类类:NR/nano Si563.4 3.4 环境友好化环境友好化 高分子材料工业是一个与环境保护密切相关的产业，不仅其生产过程存在环境污染问题，其产品在使用和废弃过程中也对环境有重大影响，高分子材料工业与环境的关系越来越受到各国的重视。3.4 环环境友好化境友好化 高分子材料工高分子材料工业业是一个与是一个与环环境保境保57 再生资源产业是战略性新兴产业1992年,联合国环境与发展大会提出了可持续发展道路的概念欧洲国家首先倡导循环经济发展战略,并得到全世界广泛的响应。再生资源产业被许多国家作为发展循环经济的关键产业而得到迅速发展。由线性经济发展为循环经济。九十年代以来，全球再生资源产业以每年15%-20%的速度增长，目前产值约为1.8万亿美元。在未来30年内,再生资源产业为全球提供的原料将由目前占原料总量的30%提高到80%左右,产值超过3万亿美元,将提供3亿个以上的就业岗位,将形成“有多少旧就再生多少新”、“天下无废物”的循环经济、循环社会与循环世界。再生资源产业已经成为世界性的朝阳产业，成为21世纪的主导产业之一。再生再生资资源源产业产业是是战战略性新略性新兴产业兴产业58v中国每年产生废塑料1200万吨，可再生利用约1000万吨v大力发展废旧塑料回收和综合利用，是世界的发展趋势，是我国循环经济和可持续发展的重要一环，对我国社会的科学发展将产生深远的影响。v废塑料再生利用的方向高性能化再生或改性再生。高分子材料改性高分子材料改性绪论课绪论课件件59 电子废弃物造成越来越严重的环境污染，其中电子废弃物造成越来越严重的环境污染，其中废废PCBPCB的资源化利用是关键之一。的资源化利用是关键之一。大量增长的电子废弃物已成为困扰全球的环境大量增长的电子废弃物已成为困扰全球的环境问题。电子废弃物处理已经成为全球可持续发展面问题。电子废弃物处理已经成为全球可持续发展面临的一个新的重大挑战。其中废印刷电路板临的一个新的重大挑战。其中废印刷电路板(PCB)(PCB)是是电子废弃物中最难回收利用的组成部分。电子废弃物中最难回收利用的组成部分。废废PCB的资源化利用的资源化利用 电电子子废废弃物造成越来越弃物造成越来越严严重的重的环环境境污污染，其中染，其中废废PCB60废橡胶的回收利用1）做燃料（产生大量CO2）2)再生胶（水油法由于污染被淘汰，混炼再生法仍 在发展，但能量消耗大）3）废胶粉直接利用技术迅速获得发展，是当前废橡胶回收利用的方向。（直接加入橡胶配方、增韧塑料、热塑性弹性体、改性沥青、跑道等）废废橡胶的回收利用橡胶的回收利用1）做燃料（）做燃料（产产生大量生大量CO2）61木塑复合材料（木塑复合材料（WPC)WPC)木塑复合材料（Wood-plastic composites,WPC)是近年蓬勃兴起的一种新型复合材料，由占50以上的木粉、稻壳、桔梗等废天然纤维与废旧热塑性塑料（PE，PP，PVC等）经特殊工艺制成的性能优良的环保型绿色复合材料，兼有塑料与木材二者的优点，还有许多塑料与木材不具备的新特点，在园林包装、物流、家具、汽车等许多领域具有广泛的用途。木塑复合材料符合节约资源，保护生态环境，发展循环经济的原则。木塑复合材料（木塑复合材料（WPC)木塑复合材料（木塑复合材料（Wood-p62二、木塑复合材料的应用二、木塑复合材料的应用市政园林、体育场馆露天桌椅，栅栏，水上设施，露天 地板，亭子，花箱，垃圾箱，下水井盖等；建筑装修材料围墙，走道，地板，防潮隔板，洗脸间防 潮设施，护墙板，踢脚板，天花板，装饰板，壁板、建筑模 板等；交通高速公路噪音隔板，铁路轨枕等；包装材料托盘，搬运垫板，包装箱（免检），周转箱；其他家具，汽车等。二、木塑复合材料的二、木塑复合材料的应应用市政园林、体育用市政园林、体育场馆场馆露天桌椅，露天桌椅，栅栏栅栏，63木塑产品 花箱木塑木塑产产品品 花箱花箱64木塑产品 垃圾箱木塑木塑产产品品 垃圾箱垃圾箱65木塑产品 休闲椅、凳木塑木塑产产品品 休休闲闲椅、凳椅、凳66木塑产品 栏杆木塑木塑产产品品 栏栏杆杆67木塑产品 水上设施木塑木塑产产品品 水上水上设设施施68木塑产品 园林木塑木塑产产品品 园林园林69木塑产品 建筑、室外装修木塑木塑产产品品 建筑、室外装修建筑、室外装修70高分子材料改性高分子材料改性绪论课绪论课件件71高分子材料改性高分子材料改性绪论课绪论课件件72木塑产品 室内装修木塑木塑产产品品 室内装修室内装修73高分子材料改性高分子材料改性绪论课绪论课件件74木塑产品 汽车配件、托盘、包装箱木塑木塑产产品品 汽汽车车配件、托配件、托盘盘、包装箱、包装箱75WPC 行业的国内外状况国外木塑复合材料生产和应用始于二十世纪九十 年代，至今只有十几年的时间；北美、欧洲，日本、韩国、澳大利亚、新西兰等国和台湾地区都在大力发展木塑复合材料，木塑复合制品的年增长率达16%。中国近年发展迅速，将以年增长率50%以上的速度发展，最终形成年产一千万吨或上千亿产值的新兴工业体系。WPC 行行业业的国内外状况国外木塑复合材料生的国内外状况国外木塑复合材料生产产和和应应用始于二十世用始于二十世76可降解天然高分子材料及其复合材料 （1）全降解淀粉塑料（淀粉/聚乳酸，淀粉/聚乙烯醇）；如何代替EPS快餐盒、地膜、垃圾袋？（2）聚乳酸、聚羟基酸、聚氨基酸等；（3）可全降解复合材料；（4）体内可降解高分子材料（如聚乳酸骨钉）可降解天然高分子材料及其复合材料可降解天然高分子材料及其复合材料77n n由非石油资源制造高分子材料 （1 1）由煤制造液体燃料和烯烃：由煤制造液体燃料和烯烃：如南非是世界第一如南非是世界第一个利用煤大规模生产乙烯和化工产品的国家。个利用煤大规模生产乙烯和化工产品的国家。（2 2）由）由C1C1（甲烷、甲醇）原料制造烯烃；（甲烷、甲醇）原料制造烯烃；（3 3）由由COCO2 2制造高分子材料制造高分子材料;(4)(4)由植物资源制造高分子材料由植物资源制造高分子材料：淀粉、纤维素、：淀粉、纤维素、木质素、壳聚糖、聚乳酸等。美国已建有木质素、壳聚糖、聚乳酸等。美国已建有13.613.6万吨聚乳万吨聚乳酸工厂，其成本可与石油化工产品竞争。酸工厂，其成本可与石油化工产品竞争。由非石油由非石油资资源制造高分子材料源制造高分子材料78高分子材料生产和使用过程的环保问题：粉尘污染；溶剂污染；某些橡胶促进剂（TMTD，NOBS）和防老剂（防老剂A、D）具有致癌作用，必须用其它品种代替。取缔或限制使用有毒重金属助剂和部分含溴阻燃剂（欧盟ROHS指令）。开发非卤阻燃剂(无机阻燃剂、含磷氮阻燃剂、含硅阻燃剂等）。高分子材料生高分子材料生产产和使用和使用过过程的程的环环保保问题问题：79高分子材料及其制品，特别是制鞋和橡胶生产过程对环境的污染及对工人的危害已成为一个众所周知的问题，要从技术和法规上加以解决。水性聚氨酯鞋用胶黏剂是发展方向。减少VOC的排放，满足环保法规，涂料正朝着水性涂料、高固体份涂料、粉末涂料和辐射固化涂料等绿色涂料方向发展。装修污染：高分子材料及其制品，特高分子材料及其制品，特别别是制鞋和橡胶生是制鞋和橡胶生产过产过程程对环对环境的境的污污染及染及对对80 环境友好、绿色化学和可持续发展的概念：（1）从“原子经济性”的原则出发，从化学原理的源头减少或消除环境污染，减少资源和能源的浪费；（2）尽可能节约不可再生的原料资源，使用可再生的生物资源作原料；（3）采用无毒无害的原料、催化剂、溶剂和助剂；（4）采用高效、节能、清洁的化工生产过程强化技术，最大限度减少废料排放；（5）兼顾产品的经济效益、社会效益和环境效益，走可持续发展的道路。环环境友好、境友好、绿绿色化学和可持色化学和可持续发续发展的概念：展的概念：81二、高分子材料改性概况二、高分子材料改性概况二、高分子材料改性概况822.1 2.1 聚合物改性的定义：聚合物改性的定义：聚合物改性是用各种化学方法、物理方法或者聚合物改性是用各种化学方法、物理方法或者二者结合的方法改变聚合物的结构，从而获得具有二者结合的方法改变聚合物的结构，从而获得具有所希望的新的性能和用途的改性聚合物的过程。所希望的新的性能和用途的改性聚合物的过程。2.1 聚合物改性的定聚合物改性的定义义：831.2 1.2 聚合物改性的研究内容聚合物改性的研究内容 （1 1）大分子的化学反应（如氢化，卤化，氯磺化，环氧化，）大分子的化学反应（如氢化，卤化，氯磺化，环氧化，异构化，离子化等）；异构化，离子化等）；（2 2）接枝共聚；）接枝共聚；（3 3）嵌段共聚；）嵌段共聚；（4 4）共混；）共混；（5 5）互穿聚合物网络；）互穿聚合物网络；（6 6）填充与增（补）强；）填充与增（补）强；（7 7）纤维增强复合材料；）纤维增强复合材料；（8 8）其它：交联，增塑，阻燃，稳定，表面改性等。）其它：交联，增塑，阻燃，稳定，表面改性等。（9 9）成型加工过程的改性：如双向拉伸、反应挤出、微波技术、）成型加工过程的改性：如双向拉伸、反应挤出、微波技术、振动技术、自增强技术等。振动技术、自增强技术等。1.2 聚合物改性的研究内容聚合物改性的研究内容 （1）大分子的化学反）大分子的化学反应应（如（如氢氢841.3 1.3 聚合物改性的发展历史聚合物改性的发展历史1.3.1 1.3.1 高分子材料及其改性的发展历史高分子材料及其改性的发展历史:（1 1）天然高分子材料的利用（远古）天然高分子材料的利用（远古1919世纪中期）：世纪中期）：远古时代：不自觉地使用各种天然高分子材料，如食用的五谷(淀粉)、肉类（蛋白质），御寒的兽皮（蛋白质），用做工具的木材（纤维素）等 我国人民在几千年前就已经懂得种植棉麻，纺纱织布，养蚕缫丝，穿绸着缎。商朝的丝绸业和纺织业已非常发达。汉唐时代中国的丝绸远销中亚和欧洲，形成了著名的“丝绸之路”。广州发掘的2100多年前的南越王墓中就有大量丝绸随葬品，后来广州成为“海上丝绸之路”的起点之一。马王堆古墓中500多件精美的漆器和漆棺，表明中国两千多年前就已经熟练地利用天然高分子材料生漆了。中国在西汉时期发明的造纸术，是天然纤维素加工利用的典型实例，被誉为中国古代四大发明之一。1.3 聚合物改性的聚合物改性的发发展展历历史史1.3.1 高分子材料及其改性的高分子材料及其改性的85（2 2）天然高分子的改性（）天然高分子的改性（1919世纪中期世纪中期2020世纪初期）世纪初期）：橡胶的硫化（1839，Goodyear）：标志天然高分子改性时 代的开始。纤维素的硝化（1868）：赛璐珞世界上第一个塑料（3 3）高分子材料的合成（）高分子材料的合成（2020世纪初世纪初至今）：至今）：20世纪初（1909）：世界第一个合成高分子材料酚醛塑 料投产，标志合成高分子时代的开始；20世纪五十年代：石油化工大规模发展；20世纪七十年代：所有大品种高分子材料均实现产业化；20世纪八十年代以后：特种高分子材料的合成 （2）天然高分子的改性（）天然高分子的改性（19世世纪纪中期中期20世世纪纪初期）：初期）：86 二十世纪二十世纪8080年代以来年代以来,新的工业化大品种聚合物新的工业化大品种聚合物几乎未再出现，为了满足各行各业对高分子材料提出几乎未再出现，为了满足各行各业对高分子材料提出的各种各样的性能要求，通过各种改性手段实现现有的各种各样的性能要求，通过各种改性手段实现现有高分子材料及其制品的高性能化、功能化、复合化和高分子材料及其制品的高性能化、功能化、复合化和环境友好化，成为当前高分子材料工业和科学的主要环境友好化，成为当前高分子材料工业和科学的主要发展趋势之一。发展趋势之一。（4 4）合成高分子的改性（）合成高分子的改性（2020世纪世纪8080年代至今）：年代至今）：二十世二十世纪纪80年代以来年代以来,新的工新的工业业化大品种聚合物几乎未再化大品种聚合物几乎未再871.3.2 1.3.2 高分子科学的发展历史：高分子科学的发展历史：（1 1）高分子科学的创建：）高分子科学的创建：20世纪20年代 Stadinger提出高分子的链结构理论，高分子化学开始发展；20世纪50年代Flory奠定了高分子物理基础。（2 2）高分子科学的发展：）高分子科学的发展：均聚共聚接枝与嵌段共聚；缩聚自由基聚合离子型聚合配位聚合活性离子型聚合 单组分聚合物多组分聚合物聚合物共混物与合金聚合物复合材料；均聚物结构聚合物的多尺度结构形态学、界面理论；力学性能改进（增强、增韧等）功能的改进。1.3.2 高分子科学的高分子科学的发发展展历历史：史：881.4 1.4 聚合物改性在当代科学技术中的作用聚合物改性在当代科学技术中的作用（1）提高现有高分子材料性能或功能的主要手段；增强，增韧，增塑，耐热，阻燃 导电，绝缘，光电，光导，磁性（2）制备新型高性能高分子材料和功能高分子材 料的重要方法。1.4 聚合物改性在当代科学技聚合物改性在当代科学技术术中的作用（中的作用（1）提高）提高现现有高分子有高分子89