首页 化学世界的新领域—无机高分子材料

化学世界的新领域—无机高分子材料

举报
开通vip

化学世界的新领域—无机高分子材料 继续教 育 、 , 高 5 , 化 学 世 界 的 新 领 域 无 机 高 分 W-材 料 I∞ RGANlC P0m I盛 I^皿 RIAL — — 江 RE^ ]LM IN CHⅡ f( AL W OR【D ⋯ ⋯ 纪 三 1 从硅氧高分子研完开始 众所周 知,有 机高 分 子 的 结构 有 以下 三种 类 型:一 是链 状 结 构;二 是 网 状 结 构;三 是 立 体 结 构,这种结构由许多原于搭成的 架子 构成 ,不易变 形。弹性差 ,但耐 性好 。 由...

化学世界的新领域—无机高分子材料
继续教 育 、 , 高 5 , 化 学 世 界 的 新 领 域 无 机 高 分 W-材 料 I∞ RGANlC P0m I盛 I^皿 RIAL — — 江 RE^ ]LM IN CHⅡ f( AL W OR【D ⋯ ⋯ 纪 三 1 从硅氧高分子研完开始 众所周 知,有 机高 分 子 的 结构 有 以下 三种 类 型:一 是链 状 结 构;二 是 网 状 结 构;三 是 立 体 结 构,这种结构由许多原于搭成的 架子 构成 ,不易变 形。弹性差 ,但耐 性好 。 由立体结构使人们 想到 了无机材料 石英.石英 也是由众多的硅原子和氧原子搭成的 架 子 构成, 选十架子很牢固,两种原子拉得很紧.要到 10130℃才 熔化。石英 是 由大 量的硅原子 和氧原子构成 的 分 子,可以叫 无机 高分 子 . 但其 塑 性 和 弹性 都 很 低,为了提高这两种性质,人们把石英的立体晶格 结 构破坏,使它变成链状或网状结构,或者在其它物质的 参与下,重新变成立体结构。 于是在本世纪三十年代,使出现 了硅 氧 聚合 物 的制造方 法.四十年代 投人 工 业生 产。硅氧聚合 物 的基本原料就是石英 。根据结构 不同有 三种产 品. ()} f{ 车湘洲 第 一种 叫硅油,是分子量在 10130以上 的链 状 聚 合 物 ,它 的外观很采甘油,无色、透明 无味 无毒 ,不 易 挥 发,能耐 250℃ 温度 ,抗氧化,对金属不腐蚀 ,圈化 点低,抗水 防潮,压缩率 大等,广泛地用作 飞机的 液 体弹簧和刹车油.润精油、防水潦料等:第 二种叫硅 橡胶,是分子量为 100 0130的网状聚合物。它 的特点 是 既 耐 高 温 又 耐 低 温,可 在 200 ~ 250 ℃ —— 一7o~ 一l00℃ 的温度 范 围内使 用,井 耐臭 氧和紫外线,能绝缘及抗 水,可潦在探空气 球上,做 高温高压村垫、高温绝 缘玻 璃丝带 电缆绝 缘层 等 等。其缺点是机械强度 较低,耐油性稍差:第 三种 叫 做硅树脂,能耐 250℃ 的温度,抗水、抗油.耐腐蚀 , 高度绝缘,用它做绝缘材料的电机,体积和重量 可减 少一半,而寿命可增加 IO倍 。用它作金 属的粘 接剂 也获得了广泛应用。在硅树脂中加人特种填 料做成 的硅塑料 ,可在 30130℃ 的温度下短时使用。 可是,现在一般不称这种硅氧高分子为 无机高 分子 ,因为硅元素的性质与碳元素的性质差 不多 , 因此.也给硅 氧高分子取 了一 个 硅有机 聚合物 (或 硅有机高分子 1的名字。 2。PK S KY Cax,n and A.CC Tsetmg,uapubl~hcdwork 21 ACC Ts~ung,P.K.Shcn and J S州 一BokharL Uk Pat一 觑t Ap No 9l叫3778,Ist Ma h,(199]).PCT Patent Appl No PCT/GB o03 ,2汕 Feb.,(1992) 22 P_L Adcock R.T Balton.C D DudHled.PJ M Rchell P.Nayior and A Newbold,J Power Sources.1992;37:201 23 J B Goodeaough 丸 Hamndt. B J. K~ aMy, R Manohama and S.A Wee.ks,Eloctrochim A 强 199 【]990) 24 V.B.Hu 6 and R.Mn J Elcctroana].0姗 .Igg3; 145:87 25 PK ∞ and A C C Tseong, 。Anodic Oxidat~n of M 19.tmnol idic Media. Part IV , J.El~trochcm. Soc. (1993),submitted ((化学工程揶》 19 (总第 42期) 26 National Program Han Fud Cells in TranaportatJon. Tmr 0 a -0n Tcchnobgics,~ aarreat of Energy.US A,DOE/CH一9301a,(1993) 27 ~Ettvimrmm a1 .Aspects of Battery and Fuel Cell T薯h肿】o百6 . DcpartrnerR of Tmde and I埘 United KiTl罾dom (1992) 2吕 Q Wang, M A. Deluch/ and D Sperting. Etrt~ion Impeels of H ectn~ Vehicles . J.Air W cste Mana~ Assoc 1990;40:1275 29 K K Humphreys and D.R.Brown, Life le Cost Comparisom of Advanced Stora~ Batteries and Flail Cells f Um hv SLand Alone and ElecLdc Vehicle Applicmiom ,Paper P晦 'a[ed for US Depaltment of En- ergy(BatMle Report).(19 27 - 维普资讯 http://www.cqvip.com 2 研究与开发现状 21 无机塑料 和弹性体 (1)硅酮高聚 物 (一sj—O—si— 在无机塑料和弹性 体领域 中,硅酮 高聚物具有 重要地位 在第二次世界 大战期 同,已经 生产 出硅 嗣高聚物商品,品种多 、范围也广.从液体到脂类 , 至树脂.橡胶等等,特别是 聚二 甲基硅 氧烷弹性 体的低温 (一80 、高温 (250℃ )和柔韧性、稳定 性 方 面均很好 近 年来.日本还研 击I出一种超 耐搏 陶瓷 涂 料. 这种持料是 以聚钍磺硅烷 为主要原料 制成 的,可 以 在 比较低 的温 度 (250℃ )下烘烤硬 化,彤 成超耐 热 性涂膜,它在空气 中连襞使用时可耐 14oo℃ 以上 的 高温,并且有 良好 的抗捕震性能,可广泛涂匿于金属 表面,作为保险柜、炉灶和煤气炉 的辣装材料 。 (2)聚磷腈 (一PR =N— 早 在十九世纪柬 便发 现了聚二 氯磷 腈,但是直 到 l965年。才能咎 制 各一 种 以非 水解 性 的有 机 取 代基取代 瓤原子的线型聚礴腈。这种无机高 聚暂既 不会发生水解,又具有橡胶特性 特 别是 聚芳 氧基 磷腈更加稳定,在 600℃ 下才失重 50%.总之 ,不会 发生水解 的幂磷艚却是另一种著名的无机橡腔. 2.2 热塑性水泥 将碗黄加 捕到 l 7℃ 以上,所得到 的熔化物是 一 种长链硫分子f大约含有 1 个硫原于和短链 环状 分子组 成的平衡 掘合物。将这种熔 化物骤 冷至 室 温,就可得到“塑性 硫 这种 塑性 硫 乃是 由亚稳 液态环辛硫增塑的长链硫分子所组成的物 质 由于 环辛碗会结 晶为斜方硫,从而失击了增 塑性,所 以这 种 塑性硫 很快 会发生脆变 当硫 黄 中含有 5% 的 二环戊二烯舔加 剂 时,即使经过 5年 时同也不 会有 犬晶彤 的斟方硫生成 。利 用这种方法 ,现已制得 了 一 种搏塑性水泥 ,用它配制 的混凝土具 有优 凫的机 械性能, 及电好∞耐化学作用(如耐酸和耐油)的性质. 23 无机高分子超导材科 零 电阻的超导材料 ,不但 在超 导输 电中可 以减 少功耗,而且超导发电机重 量轻,体积小,能够 提高 教率 0.5~I倍.此外,受控 核聚变 高能加 速器,砬 悬浮高速列车 c|及砬分离等强磁场,也都要采用超 导材料.特刷是近年来,宪破性地 发现金属氧化 物 陶瓷质高温型超导材料,世界上便掀起 ,一股 超导 热 . 早 在 1910年,人们 就 第 一 次 击I樽 聚 氯 化 硫 (sN)I.1973年,合成了纤维束状结晶型聚氯化硫 , 并且发现谖无机高 聚钎在纤雏长度的平行方 向上具 有金 属的导电性,即在 室温 下 的导电率 为 l瑚 ~ 370~q 伽 ~ . 1975年又发现了这种结晶型聚氮化硫 在 0上6I(下,完全变为超 导休;这是不含金属 原于 的 无机高分子超导体曲第一个先饲 24 无机高分子凝胶技术殛应用 聚合氧化暂凝胶几乎毫无饲外地是由金属 烃氧 化物 M (0R) 的水解作用而 生成 聚合 氧 化物 网状 物:M(0R 十xH 一 M(0H)x(OR)n—x+xROH,然 后缩聚而生成 M —O—M 键. a.脱水作用:一M —OH+H0一M ⋯ M —O — M 一 +}LO b.脱醇作用:一M —oH+RO—M — M —O — M 一十RoH 无机高分子凝胶技术 的应用如下. (1)玻璃 应用常规熔融技术制取 CaO—S 体系 中的液 一 液不溶掘区内的组成成分 的透 明玻璃 ,不但 要求 极高的熔融温度 (200o℃ 以上) 而且只能得到分明 两相的玻璃或部分 晶化玻璃。与此相反,应 用无 机 高分子凝胶技术,不扼由熔 体 简单地击I得的新 组成 的玻璃,其最大 的优点 是制取玻璃 用的加热温 室 比 较低,其玻璃质量更 加均匀并 且更纯 化.谖凝胶 技 术 的工艺原理详见下节. (2)圩堆 近年来,国外研制成功 了 由金属烃 氧化精制 造 2 一sD 系和 Na20一zr —siq 系的玻璃纤维. 其工艺原理框图如下。 {昆音 过程(在 80℃ 混合搅拌下) 叵 圈 //\ 函 巨 热 处理 过程 (在 蜘 ~1000℃ 下 ) 豳 匝姻 氧化锗质玻璃纤维,由于抗碱蚀性能很好,_故被 用来代替石棉而增强水扼 . 《化学工程师》4,I9 (总第 42期 ) 维普资讯 http://www.cqvip.com (3)水泥 水泥蒋越 的水合作 用.主 要 由两个 步 骤 蛆成 印在硅 酸钙镦粒 的表 面 上首 先 形成 凝 腔 层.经 过 血左右 的韧凝 时 同 以后,该 氍 肢 层 使开 始 产生 小 纤维状生长物。遮就揭示 了水泥鞭粒表面的韧始水 合物可 能是 原 硅 酸。 当 pH>13.6时,一 般只存在 SiO,'一,但 在 pH=lo.9~ 13.6之 间.则 存在 s ,故 原硅酸便有条件运新 聚合而形成凝胶。初始 凝结期 之后,在相 当长的时间周期 中,水泥强度都在缓慢增 加。这是伴 随着二硅酸盐阴离子和三硅酸盐 阴离子 缓慢聚合为高聚物的缘故。 综上所述 ,水铌水合作 用无疑是一种聚 合过程 . 而从高分子科 学的 观点重 新 考 察水 泥 的结 构.可 以改进凝胶材料 的力学 性能 。倒如,英 国帝 国化学 工业公司研击I的无孔 水泥,就是加 入了少量 的某种 水溶性高聚物,致使许多孔结构明显减少,这种添加 的高聚物,能够使集料获得很大的剪切力 ,溶液 相不 产生空化现 象;另外 也减 少 了 顿粒 之 间 的相 互 摩 擦。这 种混 凝 土 的 气孔 率 <0.01f普 通棍 凝 土 为 0,2~O.3) 抗弯 强度 >150Ml~f普通握凝 土为 5~ 10MP~)。无孔水泥可以采用有机高聚物工艺学的加 工方法 C不需要高强或高压)制得各种通常需 用金属 或塑料 击I成的物品。 f4)陶瓷 陶瓷烧结体一般要求 原料瓤靶直径应是材料 R 寸 的百丹 之一 下。为 了兼 颤陌瓷 材料的小 型 化 (如精细陶瓷)与高性能 高可靠性.故要求其 原料颗 粒应是超徽粒 ,同时粒径分 布应尽 可能窄小。无 机 高分子凝腔技术正是这种陶瓷超徽粒的主要合成 方 法之一。该超微粒合成 法,不 但能够得 到高纯度 的 陶瓷超微粒,而且能够控制含有散量掭加物的 在鞭 粒 单位 上的化学戚分 。 美 国一位专家,应 用有机硅高 聚物作为烧 结剂 和合成碳 化硅超细粉末 ,击I成 了一种碳 化硅器件 .其 密度为土皂,a ,抗弯强度等于63MPa。若弭特此碱 化硅器件反复浸渍有机硅高聚物溶液和烧结的操作 达 5次,则 其 密 度 可 达 2.师如n,,抗 弯 强 度 为 255MPa。与此同时,他还用有机硅 高秉 物溶 于四氢 呋哺的溶液和 芦一s 超蜘粉末配{}I戚结合 ,并将 碱化硅器件接合起来。 正如用高聚街高温裂解 法接合器件 一样,亦可 《化学工程师))411994(总第 42期) 用高举物或高幕物母体浸渍 喷潦或溶尉器件.然后 高温裂解便得 到器件潦层。这是结 合荆应 用 的最 重要的推广。此外,各 种形状 的玻璃 质炭紊器 件的 直接加工箭造工艺 (即在塑性状态下成墅.然后直接 高温裂解该{}i品形状,成为相应的陶瓷制品形状 ),亦 揭示了应用无机高分凝腔技术直接成型块状器 件 的 可 艟性 。 总之,用无机高分 子凝 胶技术 加工击I造 陶甏的 优点如下: ① 能蟮制造传 统粉末加工制造技柬难于制造的 陶瓷形状 ;@ 其加 工箭造温度 比传统技 术较低;@ 能够得到较高的纯度 ;0 借助于改 变无机高分 子凝 腔成分,能够调节陶瓷的成分. 3 未来发展前景 众所公认,材料未来 总的发展趋势是:运步 由非 金属材料部 分地替代金 属材料 而在非金 属 材料 中,将由无机材料取代棍多 常 用的有 机材料。其主 要理由有 以下二方面。 一 是键康、安全、环境等 因素共同影 响的结 果。 如一些 国家立法艉击I有机塑料作为家具和建筑 材料 之用,因为它容易着 火、不安 全.特别是加 入有机 塑 料中的阻燃荆,也由于其毒性而有害人体健康。 二是翩造有机材料用的天然气和石油资 源并不 丰富。按照 1976年世界石油年捎耗量计算 .世 界 石 油资源只能再 维持 30年 的供 应,因此,抗燃性 无机 纸张便有取代有机纸 张的可能 性,无 机高 分子 纤维 增强碱 和塑料碱便 应运而生。甚 至不九 的将来 ,藉 们可以采用低温工艺,并用加工 有机高 聚物的摈压 法,来制造 一种打不碎的玻璃 工程陶 瓷的市场坑计和 预攫『表明,日本 的先进 陶瓷市场情况是:19%年为∞ 亿美元 1990年为 66 亿美元 1995年为 92亿美 元俺 美国的先进陶瓷市 场情况是:1980年为 l6亿美元/a,l990年为 亿美 元风1995年为 72亿美 元 由此 可见,应用无 机高 分子凝胺技术加工先进 冉瓷,其前景 可观 目前.日本通商产业省光 电联合研究实验室.正 在加紧步伐,计划 在 lO年 内.生 产出一种新 的电子 组件材料。为此,日本 人正 在采 用一 种可进行 精确 控制材料撩覆的技束,即分子柬外延技术,以实 现这 一 新型材料 的研击I计捌。 维普资讯 http://www.cqvip.com
本文档为【化学世界的新领域—无机高分子材料】,请使用软件OFFICE或WPS软件打开。作品中的文字与图均可以修改和编辑, 图片更改请在作品中右键图片并更换,文字修改请直接点击文字进行修改,也可以新增和删除文档中的内容。
该文档来自用户分享,如有侵权行为请发邮件ishare@vip.sina.com联系网站客服,我们会及时删除。
[版权声明] 本站所有资料为用户分享产生,若发现您的权利被侵害,请联系客服邮件isharekefu@iask.cn,我们尽快处理。
本作品所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用。
网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽..)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
下载需要: 免费 已有0 人下载
最新资料
资料动态
专题动态
is_833902
暂无简介~
格式:pdf
大小:114KB
软件:PDF阅读器
页数:0
分类:生产制造
上传时间:2012-08-02
浏览量:52