精细化工讲解材料课件

第7章精细化工 7 1精细化工的发展与经济地位7 2精细化工的分类 特点及原料7 3传统精细化工7 4新型精细化工 据统计全球500强中有17家化工企业 其中前几位是美国杜邦公司 德国巴斯夫公司 赫斯特公司和拜尔公司 美国的道公司以及瑞士的汽巴 嘉基公司等 它们都有百余年的历史 在20世纪70年代以前都大力发展石油化工 后来逐渐转向精细化工 德国是发展精细化工最早的国家 它们从煤化工起家 在20世纪50年代以前 以煤化工为原料的占80 左右 但由于煤化工的工艺路线和效益不佳 1970年起以石油为原料的化工产品比例猛增到80 以上 7 1精细化工的发展与经济地位 发达国家不断地根据经济效益和发展的需要 以及市场 环境和资源的导向 进行化学工业产品结构的调整 其转轨的焦点都集中在精细化工方面 发展精细化工已成为世界性趋势 1991年全世界精细化学品的销售额为400多亿美元 以西欧 美国和日本为主 90年代初期 发达国家精细化工率约为55 而末期上升到60 精细化工的发展速度一直高于其它行业 以美国为例在80年代后期 工业增长率为2 9 而精细化工则高达5 他们的发展主要目标是扩大专用品的生产 如医药保健品 电子化学品 特种聚合物及复合材料等 并大力发展有关生命科学制品 如抗癌药物 仿生医疗品 无污染高效除草剂 杀菌剂等等 7 1精细化工的发展与经济地位 我们国家自80年代确定精细化工为重点发展目标以来 在政策上予以倾斜 发展较为迅速 八五 期间已建成精细化工技术开发中心10个 年生产能力超过800万吨 产品品种约万种 年产值达900亿元 已打下了一定的基础 20世纪末精细化工率达到35 这与国外发达国家相比差距较大 他们仅就电子工业一项就需精细化学品1 6万种 彩电需7000多种 国内产品配套率都不到20 其余靠进口 其它在织物整理剂 皮革涂饰剂等方面更为短缺 另外从我国精细化工产品的质量 品种 技术水平 设备和经验来看 都不能满足许多行业的需求 7 1精细化工的发展与经济地位 直接用作最终产品或其主要成分增加或赋予各种材料以特性满足人民的生活需要促进新技术的进步高经济效益 精细化工在国民经济中的作用 7 2精细化工的分类 特点及原料 所谓精细化工品 即精细化学品 是指那些具有特定的应用功能 技术密集 商品性强 产品附加值较高的化工产品 生产精细化学品的工业 通称精细化学工业 简称精细化工 精细化工的分类 农药 染料 涂料 包括油漆和油墨 颜料 试剂和高纯物质 信息用化学品 包括感光材料 磁性材料等能接受电磁波的化学品 食品和饲料添加剂 粘合剂 催化剂和各种助剂 化工系统生产的 化学药品 原料药 和日用化学品 高分子聚合物中的功能高分子材料 精细化工产品分类暂行规定 1986年3月6日 日本在1965年为17个门类 到了1981年共涉及34个门类 它们是医药 兽药 染料 涂料 有机颜料 油墨 催化剂 试剂 香料 粘合剂 表面活性剂 化妆品 感光材料 橡胶助剂 增塑剂 稳定剂 塑料添加剂 石油添加剂 饲料添加剂 食品添加剂 高分子凝聚剂 工业杀菌防霉剂 芳香防臭剂 纸浆及纸化学品 汽车化学品 脂肪酸及其衍生物 稀土金属化合物 电子材料 精细陶瓷 功能树脂 生命体化学品和化学促进生命物质等 精细化工的分类 精细化工的原料 煤石油天然气农副产品 煤 煤的炼焦 萘 2 甲基萘 蒽 菲 芴 苊 芘 苯酚 甲酚 二甲酚 氧芴 硫芴 吡啶 咔唑等 煤的气化 破坏加氢 煤的氢化生产电石 乙炔 煤 石油 催化重整 苯 甲苯 二甲苯热裂解 乙烯 丙烯 丁二烯催化裂化 多烷基苯 烷基萘临氢脱烷基化 苯 萘 天然气 甲烷 乙烷 丙烷和较高碳链的烷烃 其中主要是甲烷 可直接用于制备碳黑 乙炔 氢氰酸 各种氯代甲烷 二硫化碳 甲醇 甲醛等制合成气 CO和H2的混合物 进一步制得甲醇 甲醛 高碳醇 正丁醛 甲酸 乙酸 丙酸 丙烯酸 丙烯酸酯 人造石油等 农 林 牧 渔副产品 碳水化合物 脂肪和油类 主要成分 甘油三羧酸酯可获得化工原料 脂肪酸 脂肪族含氮化合物 二聚酸 氨基酰胺和咪唑啉类 壬二酸与壬酸 脂肪醇 环氧化合物 蓖麻醇酸 甘油 糖类 淀粉 糖类树胶 单糖纤维素 己糖 葡萄糖 和戊糖 木糖 7 3传统精细化工 染料 染料是能将纤维或其他被染物染成其他颜色的有机化合物 染料分子中常含有发色团 如 偶氮基 硝基 羰基等 和助色团 如 氨基 羟基 甲基 磺酸基等 当光线射入后发生选择性吸收 并发射一定波长的光线 从而显示出颜色 有些基团还能与纤维起到化学结合的作用 增加染料与纤维的结合能力 染料 分类方法 1 按反应方法和应用性能的共性 分为还原染料 活性染料 酸性染料 碱性染料 直线染料 硫化染料 冰染染料等几大类 2 根据染料分子中所含基本结构或基团分类 有偶氮染料 蒽醌染料 酞菁染料 噻唑染料 三芳甲烷染料 甲川染料等 染料的性能 酸性染料色泽鲜艳 多数水洗牢度差 耐光牢度和汗渍牢度从差到良好 干洗牢度优异 广泛应用于蚕丝金属络合酸性染料色泽鲜艳不及酸性染料 但水洗 汗渍及耐光牢度都比酸性染料好铬媒染料 媒染染料 色泽灰暗 但耐光 水洗和汗渍牢度极好 广泛用于羊毛地毯阳离子染料 碱性染料 色泽鲜艳 在人造纤维上的耐光 水洗 汗渍和摩擦牢度极好 在纤维素和蛋白质纤维上的水洗和耐光牢度极差还原染料耐光 水洗和汗渍牢度多数极好 耐氯漂和其他氧化漂白的牢度极好 不恰当的应用可能会产生摩擦脱色 染料生产工艺举例 染料生产举例 涂料 涂料是一种流动状态或粉末状态的有机物质 将它涂覆在物质的表面 可以得到一层致密坚韧的涂膜 对材料起到装饰和保护等作用 如果按剂型分类 重要的涂料有溶剂性涂料和水溶性涂料 涂料如果按成膜物质分类 可以分为天然树脂涂料和合成树脂涂料两大类 涂料的组成 成膜物质 与物体表面和颜料具有良好的结合力 可分为转化型和非转化型两种类型 颜料 起装饰作用 并对物体表面起抗腐蚀的保护作用填充剂 增量剂 体质颜料 溶剂 溶解成膜物质的易挥发性液体增塑剂 提高漆膜柔性催干剂 促使聚合或交联的催化剂增稠剂 提高涂料的黏度稀释剂 降低涂料的黏度其他填加剂 杀菌剂 颜料分散剂 阻聚剂 防结皮剂等 涂料的类型 施工层次 腻子 底漆 面漆 罩光漆稀释介质 溶剂型 水溶型 水乳型漆膜光泽 无光漆 半光漆 有光漆施工方法 喷漆 烘漆 电泳漆成膜物质 油性涂料 油基树脂漆 合成树脂类漆 油基树脂漆 1 油脂类漆油脂类漆是以植物油或植物油加天然树脂或改性酚醛树脂为基的涂料 有清油 清漆 色漆等不同类型 清油是干性油的加工产品 含有树脂时称为清漆 清漆中加颜料即为色漆 瓷漆 在配方中1份树脂所使用油的份数称为油度比 以质量比计 树脂 油为1 3时称为长油度 1 2 3时 称为中油度 1 0 5 2时称为短油度 下面对油脂类漆所用的主要成分简介如下 油类植物油主要成分为甘油三脂肪酸酯 形成甘油三脂肪酸酯的脂肪酸分为饱和及不饱和两种 饱和脂肪酸如硬脂酸 不饱和脂肪酸如油酸 桐油酸等 含有双键 可在空气中氧的作用下进行聚合与交联反应 含有不饱和脂肪酸的植物油 可进行氧化聚合而干燥成膜 故称为干性油 不能进行氧化聚合的植物油称为不干性油 涂料工业应用的植物油可分成干性油 半干性油和不干性油3种 是依碘值划分的 碘值在140以上的为干性油 如桐油 梓油 亚麻油 大麻油等 碘值在100一140的为半干性油 如豆油 花生油 棉子油等 它们干燥的速度比干性油小 不能自行干燥的油称为不干性油 一般用作增塑剂和制造合成树脂 如蓖麻油 椰子油 米糠油等都属于不干性油 大漆大漆是一种天然漆 俗称土漆和生漆 生漆经加工即成熟漆 生漆是漆树的分泌物 是一种天然水乳胶漆 生漆的主要成分是漆酚 漆酚在生漆中的含量为50 一80 是生漆的成膜物质 生漆中含有不到1 的漆酶 它是一种氧化酶 为生漆的天然有机催干剂 生漆中还含有20 一40 的水分 1 一5 的油分 3 5 一9 的树脂质 树脂质即松香质 是一种多糖类化合物 在生漆中起悬浮剂和稳定剂的作用 生漆可用油类改件及其他树脂改性 沥青漆沥青漆是以沥青为基料加有植物油 树脂 催干剂 颜料 填料等助剂而制成的涂料 沥青漆具有耐水 耐酸 耐碱和电绝缘性 合成树脂漆 1 醇酸树脂漆以醇酸树脂为基加入植物油类而成的漆类 醇酸树脂是由多元醇 多元酸与脂肪酸制得的 常用的多元醇有甘油 季戊四醇 常用的多元酸有邻苯二甲酸酐 常用的油类有椰子油 蓖麻油 豆油 亚麻油 桐油等 醇酸树脂分为两类 一类是干性油醇酸树脂 是采用不饱和脂肪酸制成的 能直接固化成膜 另一类是不干性油醇酸树脂 它不能直接作涂料用 需与其他树脂混合使用 醇酸树脂漆具有附着力强 光泽好 硬度大 保光性和耐候性好等特点 可制成清漆 磁漆 底漆和腻子 2 氨基树脂漆涂料中使用的氨基树脂有三聚氰胺甲醛树脂 脲醛树脂 烃基三聚氰胺甲醛树脂以及各种改性的和共聚的氨基树脂 氨基树脂也可与醇酸树脂 丙烯酸树脂 环氧树脂 有机硅树脂等并用制得改性的氨基树脂漆 3 环氧树脂漆环氧树脂漆可根据固化剂的类型分为 胺固化型漆 合成树脂固化型漆 脂肪酸酯固化型漆等 环氧树脂也可制成无溶剂漆和粉末涂料 环氧树脂漆常为双组分的 一种是树脂组分 另一种是固化剂组分 使用时将二者按比例混合 4 聚氨酯漆选用不同的异氰酸酯与不同的聚酯 聚醚 多元醇或与其他树脂配用可制得许多品种的聚氨酯漆 聚氨酯漆具有耐磨性优异 附着力强 耐化学腐蚀 广泛用作地板漆甲板漆 纱管漆等 5 纤维素漆纤维素漆是指以纤维素醚或纤维素酯为基料的漆类 常用的有 硝酸纤维素 醋酸纤维素 醋酸丁酸纤维素 乙基纤维素等 使用时常与其他天然的或合成的树脂并用以改善漆膜的性能 6 丙烯酸酯漆丙烯酸酯漆分热塑性及热固性两类 7 其他合成树脂漆其他合成树脂漆有 乙烯树脂漆 不饱和聚酯漆 有机硅树脂漆 橡胶漆等 水性树脂涂料 水性树脂涂料主要指以水为溶剂的水溶性聚合物涂料和以水为介质的乳胶型涂料 1 水溶性树脂涂料聚合物一般不溶于水 但可通过一定的方法制得水溶性聚合物 制备方法有 带有氨基的聚合物以羧酸中和成盐 带有羧基的聚合物用胺或碱中和成盐 破坏氢键 皂化等 2 乳胶涂料各种合成乳液加入颜料 体质颜料 保护胶体 增塑剂 润湿剂 防冻剂 防锈剂 防霉剂等 经研磨分散即成为乳胶涂料 即乳胶漆 粉末涂料 粉末涂料为固体粉末状的涂料 全部组分都是固体 采用喷涂 静电喷涂等工艺施工 再经加热熔化成膜 粉末涂料分为两类 一是热塑性粉末涂料如聚乙烯 尼龙和聚苯硫醚等 另一类是热固性粉末涂料 它是由反应性成膜物质复合物 树脂 交联剂 颜料 填料 流干剂等 混合而成 最常用的有环氧粉末涂料 聚酯型粉末涂料等 涂料生产工艺举例 举例 双酚A树脂 环氧氯丙烷 香料及香精 香料是能够散发香味的挥发性物质 香精是由几种或若干种香料按一定的香型调制而成的香料混合物 香料包括天然香料和合成香料 天然香料广泛分布于植物中 如香花 香叶 香木中 称为植物香料 香料也存在于动物的腺囊中 如麝香 灵猫香 龙涎香 海狸香 称为动物香料 香料分类 香料按来源分类可分为天然香料和合成香料 按合成香料的化学结构 官能团的特征分类 可分为 1 醇类香料 主要是脂肪醇 萜类醇和芳香醇三类 2 羟酸类香料 大部分羟酸类化合物并不具备宜人的芳香 它们在香精的作用一般起辅助剂或定香剂的作用 3 酯类香料 脂肪酸酯 芳香酸酯两类 大多数具有宜人的香气 它们大多具有花香或果香香气 4 醛类香料 主要是脂肪醛 萜类醛和芳香醛三大类 C8 C12的脂肪醛透发性比较好 它们在日用香精中起定香剂的作用 5 酮类香料 脂环族 萜烯酮 大环酮三类 6 酚类和醚类香料 7 麝香类香料 8 烃类等 1 天然香料精油是从植物的花 果实 种子 根 茎 叶等不同部位提取出的一种天然香料 香辛料是从具有特殊香气 香味和滋味的植物的草 叶 根茎 树皮 种子提取出的天然香料 由花提取的香料有玫瑰 茉莉 橙花 薰衣草 水仙 黄水仙 合欢 蜡菊等 由叶子提取的香料有月桂 香叶 橙叶 马鞭草 冬青 香紫苏 岩蔷薇等 2 合成香料进入90年代 人们通过对天然香料的剖析 以石油化工原料开始 通过化学合成方法进行合成香料研制 以弥补天然香料的不足 香料的特性与提取 香料的用途十分广泛 普遍地用于日用化学品 食用化学品 医用药品 烟酒业 饲料 涂料 印刷品 文教用品 美化环境 杀灭害虫剂中 日用化学品涉及的面很广 人们在日常生活中使用的化妆品 洗涤剂 口腔卫生用品 皮革用油等都离不开香料香精 目前世界上合成香料已超过6000余种 年产量已达万吨以上 而且还以年增长率7 左右的速度递增 香料香精的应用 1 为保护人类皮肤的安全 必须进一步健全化妆品 香皂 洗涤剂等制品的检验与评价制度 应与食品用香料相同 建立相应的香料清单 以对产品质量进行严格控制 2 采用新型分离方法 如超临界流体分离技术 膜分离技术 吸附分离等 提高香料的收率和纯度 降低成本 3 进一步提高香料香精的分析 检验 评价手段 不断用高新技术 高新仪器逐步代替依靠人的嗅觉和味觉器官作为测量 气 和 味 对香味的评价方法 4 根据加香产品的性质和用途 不断为人们增加喜爱的香精品种 以满足对加香产品香气或香味的需要 香料香精的发展 粘合剂 粘合剂是以粘料 也叫基料 为主要成分 配合各种固化剂 溶剂 增塑剂 填料以及其他助剂 如促进剂 增韧剂 增稠剂 防老剂 阻聚剂 阻燃剂 消泡剂 稳定剂等 复合配制而成 随着现代工业的迅速发展 特别是高分子材料的出现 为粘合剂的发展提供了丰富的原材料 1959年美国人开发出了 氰基丙烯酸酯胶粘剂 Eastman910 固化速度快 室温下几秒钟内就能固化 故而称为 快干胶 近二十年 国内外粘合剂的发展速度十分迅速 我国已由1983年的600种猛增到现在的3500种 2000年产量超过250万吨 7 4新型的精细化工 电子化学品 指为电子工业配套而采用化学工业的生产技术得到有特定功能的产品 从功能上讲可分为绝缘材料 电阻材料 半导体材料 导电材料 发热材料 磁性材料 传感材料等 主要应用在集成电路和分立器件 彩电配套 印刷线路版生产 液晶显示器件等领域 就材料种类来分即金属材料 陶瓷材料和有机高分子材料 电子化学品 绝缘材料 绝缘材料应用于电机 电力工业 随着电机和电力设备向着大容量 高电压 小型轻量化的方向发展 对绝缘材料的性能的要求也显著提高 绝缘材料不断出现新品种 液晶 具有液体的流动性 又具有晶体的性质 当温度增高到某一点时 即从浑浊的流体转变为澄清流体 电子化学品 磁记录材料 是通过电磁转换把信息记录到磁记录材料上 并通过磁电转换又把信息从记录材料上 读出 功能高分子的概念 功能高分子材料 简称功能高分子 FunctionalPolymer 是指那些可用于工业和技术中的具有物理和化学功能如光 电 磁 声 热等特性的高分子材料 例如感光高分子 导电高分子 光电转换高分子 医用高分子 高分子催化剂等 功能高分子材料 感光性高分子 PhotosensitivePolymer 感光性高分子是指吸收了光能后能在分子内或分子间产生化学 物理变化的一类功能高分子材料 这种变化发生后 材料将输出其特有的功能 目前开发比较成熟 有实用价值的光致抗蚀材料和光致诱蚀材料 产品包括光刻胶 光固化粘合剂 感光油墨 感光涂料等 感光性高分子 PhotosensitivePolymer 具有感光基团的高分子及其合成方法 在有机化学中 许多基团具有光学活性 其中以肉桂酰基最为著名 此外 重氮基 叠氮基都可引入高分子形成感光性高分子 1 聚乙烯醇肉桂酸酯及其类似高分子 肉桂酸在光照下 双键能够发生2 2环合反应 反应式如下 2 聚乙烯苄叉苯乙酮 可通过以下合成路线制备 具有感光基团的高分子及其合成方法 3 含 苯基马来酰亚胺基的感光性高分子 具有感光基团的高分子及其合成方法 4 叠氮型感光树脂 具有感光基团的高分子及其合成方法 导电高分子 ConductingPolymer 1 室温电导率范围大 导电高分子室温电导率可在绝缘体 半导体 金属态范围内 10 9S cm 105S cm 变化 2 掺杂 脱掺杂的过程完全可逆 导电高分子不仅可以掺杂 而且还可以脱掺杂 这是导电高分子独特的性能之一 导电高分子可成为二次电池的理想电极材料 从而可能实现全塑固体电池 又是目前快速切换的隐身技术的首选材料 还可以利用这一特性制造选择性高 灵敏度高和重复性好的气体或生物传感器 3 氧化 还原过程完全可逆 导电高分子的掺杂实质是氧化 还原反应 而且氧化 还原反应是完全可逆的 在掺杂 脱掺杂的过程中伴随着完全可逆的颜色变化 因此 导电高分子这一特性可能实现电致变色或光致变色 这不仅在信息存储 显示上有应用前景 而且也可用于军事目标的伪装和隐身技术上 导电高分子 ConductingPolymer 光导电高分子 photoconductivepolymer 所谓光导电 是指物质在受到光照时 其电子电导载流子数目比其热平衡状态时多的现象 换言之 当物质受到光激发后产生电子 空穴等载流子 它们在外电场作用下移动而产生电流 导电率增大 这种现象称之为光导电 由光的激发而产生的电流称为光电流 重要的光导电聚合物有五类 1 线型 共轭聚合物 2 平面型 共轭聚合物 3 侧链或主链中含有多环芳烃的聚合物 4 侧链或主链中含有杂环基团的聚合物 5 高分子电荷转移络合物 生物医用高分子 BiomedicalPolymer 医用高分子的分类 按材料的来源不同 医用高分子分为 1 天然医用高分子材料 如胶原 明胶 丝蛋白 角质蛋白 纤维素 甲壳素及其衍生物等 2 人工合成医用高分子材料 如聚氨酯 硅橡胶 聚酯等 主要集中在药物控制缓释系统和组织工程材料方面的应用 高分子分离膜 polymericmembraneforseparation 与膜分离技术 membraneseparationtechnology 1 膜的分类 随着新型功能膜的开发 日本著名高分子学者清水刚夫将膜按功能分为 分离功能膜 包括气体分离膜 液体分离膜 离子交换膜 化学功能膜 能量转化功能膜 包括浓差能量转化膜 光能转化膜 机械能转化膜 电能转化膜 导电膜 生物功能膜 包括探感膜 生物反应器 医用膜 等 高分子分离膜 polymericmembraneforseparation 与膜分离技术