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塑料
塑料
概述
塑料是適用於製造工業產品的廣泛範圍的合成或半合成有機無定形固體材料的通用術語。塑料通常是高分子量的聚合物,並且可以含有其它物質以改善性能和/或降低成本。塑料詞源自希臘語(plastikos)意思適合模製,(plastos)意為模製。它指的是它們在製造過程中的可塑性或可塑性,允許它們被鑄造,壓製或擠壓成各種各樣的形狀,例如膜,纖維,板,管,瓶,盒等等。常用的塑料字不應與技術形容詞塑料混淆,適用於任何在超過某一點時經歷永久變形(塑性變形)的材料。例如,鋁在這個意義上是塑料,但不是普通意義上的塑料;相比之下,在成品的形式下,一些塑料在變形之前會斷裂,因此在技術上不是塑料。

有兩種類型的塑料:熱塑性塑料和熱固性塑料。
  • 如果施加足夠的熱量,熱塑性塑料將會軟化和熔化;例子是聚乙烯,聚苯乙烯和PTFE。
  • 無論加熱多少,熱固性材料都不會軟化或熔化。示例:Micarta,GPO,G-10

    概述:
    塑料可以通過其化學結構分類,即構成聚合物主鍊和側鏈的分子單元。這些分類中的一些重要團體是丙烯酸,聚酯,矽酮,聚氨酯和鹵化塑料。塑料也可以通過其合成中使用的化學過程進行分類;例如,作為縮合,加聚,交聯等。其他分類基於與製造或產品設計相關的品質。這些類別的實例是熱塑性和熱固性,彈性體,結構,可生物降解,導電等。塑料也可以通過各種物理性質進行分級,例如密度,拉伸強度,玻璃化轉變溫度,對各種化學產品的耐受性等。由於其成本相對較低,易於製造,多功能性和不透水性,塑料用於從紙夾到太空船的龐大且不斷擴大的產品範圍。他們已經取代了許多傳統材料,如木材;石;角和骨;皮革;紙;金屬;玻璃;和陶瓷,在大多數以前的用途。塑料的使用主要受其有機化學的限制,嚴重地限制了它們的硬度,密度和抵抗熱,有機溶劑,氧化和電離輻射的能力。特別地,大多數塑料在加熱到幾百攝氏度時會熔化或分解。雖然塑料可以在一定程度上導電,但它們仍然不能像銅或鋁這樣的金屬。[引用需要]塑料仍然太昂貴,無法用諸如普通建築物,橋樑,水壩等大型物品代替木材,混凝土和陶瓷,路面,鐵路關係等

    化學結構:
    普通熱塑性塑料的分子質量範圍從20,000到500,000,而熱固性塑料被認為具有無限的分子量。這些鏈由許多重複分子單元組成,稱為重複單元,衍生自單體;每個聚合物鏈將具有數千個重複單元。絕大多數塑料由碳和氫單獨的聚合物或在骨架中的氧,氮,氯或硫組成。 (一些商業利益是以矽為基礎。)骨幹是連接大量重複單元的主要“路徑”鏈條的一部分。為了改變塑料的性質,具有不同分子基團的重複單元“懸掛”或“懸掛”的骨架(通常它們在將單體連接在一起形成聚合物鏈之前“懸掛”為單體的一部分)。通過重複單元的分子結構的這種定制使得塑料通過微調聚合物的性質成為二十一世紀生命中不可缺少的一部分。

    一些塑料是部分結晶的並且在分子結構中部分無定形,使它們具有熔點(有吸引力的分子間力被克服的溫度)和一個或多個玻璃化轉變(高於此值的區域分子柔性程度顯著增加的溫度) 。所謂的半結晶塑料包括聚乙烯,聚丙烯,聚(氯乙烯),聚酰胺(尼龍),聚酯和一些聚氨酯。許多塑料是完全無定形的,如 聚苯乙烯及其共聚物,聚(甲基丙烯酸甲酯)和所有熱固性材料。

    塑料歷史:
    第一個人造塑料是由亞歷山大·帕克斯(Alexander Parkes)於1855年發明的;他稱這個塑料帕克西林(後來稱為賽璐id)。塑料的發展來自於使用天然塑料材料(例如口香糖,紫膠)來使用化學改性的天然材料(例如橡膠,硝化纖維素,膠原,鎵石),最後是完全合成的分子(例如,膠木,環氧樹脂,聚氯乙烯,聚乙烯)。

    塑料類型:
    纖維素類塑料
    1855年,伯明翰的一名英國人命名為亞歷山大·帕克斯(Alexander Parkes),開發了一種合成替代品,他以商品名“帕克西琳”(Bakesine)銷售,並在倫敦的1862年世界博覽會上獲得了銅牌。 Parkesine由硝酸和溶劑處理的纖維素(植物細胞壁的主要成分)製成。該方法的輸出(通常稱為硝酸纖維素或pyroxilin)可以溶解在醇中並硬化成可在加熱時模製的透明和彈性材料。通過將顏料摻入產品中,可以使其類似於象牙。

    膠木
    基於合成聚合物的第一種塑料是由苯酚和甲醛製成的,1909年由位於紐約州的比利時出生的美國人美國的Leo Hendrik Baekeland發明了第一種可行和便宜的合成方法。貝克蘭正在尋找一種絕緣蟲膠來在電動機和發電機中塗上線。他發現當混合在一起並加熱時,苯酚(C 6 H 5 OH)和甲醛(HCOH)的混合物形成粘稠的質量,如果允許冷卻則質量變得非常困難。他繼續調查,發現這些材料可以與木粉,石棉或石板粉混合,以製造具有不同性能的“複合”材料。這些組合物中的大多數是強的和耐火的。唯一的問題是材料在合成過程中會發泡,產生的產品質量不可接受。貝克蘭建造壓力容器,以排出氣泡,並提供光滑均勻的產品。他於1912年公開宣布發現,將其命名為電木。它最初用於電氣和機械部件,最終在20世紀20年代廣泛應用於消費品。當Bakelite專利於1930年期滿時,Catalin Corporation獲得了該專利,並開始使用不同的工藝製造Catalin塑料,從而允許更廣泛的著色。電木是第一個真正的塑料。它是一種純合成材料,不是基於任何物質,甚至基於自然界中發現的分子。它也是第一個熱固性塑料。傳統的熱塑性塑料可以被模製,然後再次熔融,但熱固性塑料在固化時形成聚合物股線之間的粘結,產生不會破壞塑料的纏結基體。熱固性塑料堅韌耐溫。膠木便宜,堅固耐用。它被模製成數千種形式,如收音機,電話,時鐘和台球。酚醛塑料已經被較便宜和較不脆弱的塑料所替代,但它們仍然用於需要其絕緣和耐熱性能的應用中。例如,一些電子電路板由用酚醛樹脂浸漬的紙或布製成。

    酚醛片,棒和管以各種品牌生產各種等級。
  • Micarta是高品質酚醛半成品的行業標準。這種工業酚醛最常見的級別是帆布,亞麻和紙。

    聚苯乙烯和PVC
    第一次世界大戰後,化學技術的進步導致了新型塑料的爆炸式增長。新塑料浪潮中最早的例子是德國IG Farben開發的聚苯乙烯(PS)和聚氯乙烯(PVC)。

    聚苯乙烯是一種剛性,脆性,便宜的塑料,已被用於製造塑料模型套件和類似的訣竅。它也將成為最受歡迎的“泡沫”塑料的基礎,其名稱為苯乙烯泡沫塑料或泡沫塑料。泡沫塑料可以以“開孔”形式合成,其中泡沫泡沫如吸收性海綿中那樣相互連接,並且“閉孔”,其中所有氣泡是不同的,如微小氣球,如氣體填充泡沫保溫和浮選裝置。 20世紀50年代末, 高影響力 引入苯乙烯,不脆。它被認為是目前用作標牌,托盤,小雕像和新奇物質的物質。

    PVC具有結合氯原子的側鏈,其形成強鍵。其正常形式的PVC具有堅固,堅固,耐熱和耐候的特性,現在用於製造管道,溝槽,房屋壁板,電腦和其他電子設備的外殼。 PVC也可以通過化學加工軟化,這種形式現在用於收縮包裝,食品包裝和雨具。

    尼龍
    20世紀30年代塑料行業的真正明星是聚酰胺(PA),以其商品名稱尼龍而聞名。尼龍是杜邦公司在紐約市1939年世界博覽會上推出的首款純合成纖維。 1927年,杜邦公司在哈佛化學家華萊士Carothers和化學系總監Elmer Keizer Bolton的指導下,開始了一項名為Fiber66的秘密開發項目。 Carothers被聘請執行純粹的研究,他努力了解新材料的分子結構和物理性質。他在材料的分子設計中採取了一些第一步。他的工作導致發現合成尼龍纖維,這是非常強大但也非常靈活。第一個應用是刷牙刷毛。然而,杜邦的真正目標是絲綢,特別是絲襪。 Carothers和他的團隊合成了許多不同的聚酰胺,包括聚酰胺6.6和4.6以及聚酯。杜邦十二年和二千七百萬美元用於精製尼龍,合成和開發批量生產的工業流程。有了這麼大的投資,杜邦公司在推出尼龍後,不惜花費大量的時間來推廣尼龍,形成公眾的感覺,或者是“尼躁狂”。 1941年底美國進入第二次世界大戰時,尼龍狂躁突然停止。為美國婦女生產尼龍絲襪或尼龍的生產能力被接管,為飛行員和傘兵生產大量降落傘。戰爭結束後,杜邦公司再次向公眾出售尼龍,於一九四六年進行另一項推廣活動,導致更大的熱潮,引發了所謂的尼龍騷亂。

    隨後聚酰胺6,10,11和12基於作為環化合物的單體而開發;例如己內酰胺尼龍66是通過縮聚製造的材料。
    尼龍仍然是重要的塑料,不僅僅用於織物。在其散裝形式中,它是非常耐磨的,特別是如果用油浸漬,因此用於構建齒輪,軸承,襯套,並且由於良好的耐熱性,越來越多地用於汽車中的發動機罩下應用和其他機械部分。

    天然橡膠
    天然橡膠是最初衍生自膠乳的彈性體(彈性烴聚合物),在一些植物的汁液中發現乳狀膠體懸浮液。直接在這種形式中是有用的(事實上,歐洲橡膠的首次外觀是來自巴西的未硫化膠乳的防水布),但後來在1839年,Charles Goodyear發明了硫化橡膠;這是天然橡膠的一種形式,主要是在聚合物鏈之間硫化形成交聯(硫化),提高彈性和耐久性。塑料在這些領域非常有名。

    合成橡膠
    第一個完全合成橡膠是由Lebedev於1910年合成的。在第二次世界大戰中,來自東南亞的天然橡膠供應封鎖使合成橡膠的發展蓬勃發展,特別是苯乙烯 - 丁二烯橡膠(又稱政府橡膠 - 苯乙烯)。 1941年,美國合成橡膠的年產量僅為231噸,在1945年增加到84萬噸。在太空競賽和核軍備競賽中,加州理工學院的研究人員試驗了使用合成橡膠製成火箭固體燃料。最終,所有大型軍用火箭彈和導彈都將使用合成橡膠為基礎的固體燃料,它們也將在民用空間方面發揮重要作用。

    其他塑料
    聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),更好地稱為丙烯酸玻璃 。雖然丙烯酸樹脂目前是眾所周知的用於油漆和合成纖維(例如假毛皮)中,以其散裝形式,它們實際上比玻璃更硬,更透明,並以商品名稱出售為玻璃替代品,例如 Acrylite,Perspex,Plexiglas和Lucite 。這些用於戰爭期間建造飛機簷篷,其主要應用現在是大型照明標誌,如在商店前面或大型商店內使用,以及製造真空成型浴缸。

    聚乙烯(PE)有時被稱為聚乙烯,於1933年由英國工業鉅子帝國化學工業(ICI)的Reginald Gibson和Eric Fawcett發現。該材料演變成低密度聚乙烯(LDPE)高密度聚乙烯(HDPE)兩種形式。 PE便宜,靈活,耐用,耐化學腐蝕。 LDPE用於製造薄膜和包裝材料,而HDPE用於容器,管道和汽車配件。雖然PE具有較低的耐化學腐蝕性,但隨後發現,通過將PE容器暴露於氟氣中,可以使PE容器變得更加堅固,氟氣將容器的表面層改性成更堅韌的聚烯烴。
    聚丙烯(PP) ,在20世紀50年代初由Giulio Natta發現。現代科學技術常見的是,知識總體的發展在同一時間可以在不同的地方產生同樣的發明,但聚丙烯是這種現象的極端情況,分別發明了九次。隨後的訴訟直到1989年才得到解決。聚丙烯設法在法律程序中生存下來,兩名在菲利普斯石油公司工作的美國化學家J. Paul Hogan和Robert Banks現在一般被認為是材料的主要發明人。聚丙烯與其祖先聚乙烯類似,並且共享聚乙烯的低成本,但它更加強大。它用於從塑料瓶到地毯到塑料家具的各種東西,並且非常用於汽車。
    聚氨酯(PU)由Friedrich Bayer&Company於1937年發明,戰後將用於床墊,家具襯墊和隔熱的吹塑形式。它也是纖維氨綸的組成部分(非吹塑形式)之一。
    環氧樹脂 - 在1939年,IG Farben提交了聚環氧化物或環氧樹脂的專利。環氧樹脂是一類熱固性塑料,當添加催化劑或硬化劑時,形成交聯和固化。戰後,它們將廣泛用於塗料,粘合劑和復合材料。使用環氧樹脂作為基體的複合材料包括其中結構元件為玻璃纖維的玻璃增強塑料和碳 - 環氧複合材料,其中結構元件為碳纖維。玻璃纖維現在經常用於建造運動船,碳 - 環氧樹脂複合材料是飛機中越來越重要的結構元件,因為它們重量輕,堅固耐用。
    PET,PETE, PETGPET-P (聚對苯二甲酸乙二醇酯)
    兩名名為Rex Whinfield和James Dickson的化學家在曼徹斯特的Calico打印機協會的一個小英國公司工作,在1941年開發了聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET或PETE),並將在戰後時代用於合成纖維,名稱如聚酯,滌綸和滌綸。 PET比其他低成本塑料更不透氣,因此可口可樂和其他碳酸飲料的瓶子是普遍的材料,因為碳酸化往往會侵蝕其他塑料,以及酸性飲料如水果或蔬菜汁。 PET也是堅固耐磨的,用於製造必須忍受濫用的機械部件,食品托盤和其他物品。 PET膜用作記錄帶的基底。
    PTFE(聚四氟乙烯)(又名鐵氟龍)
    在戰爭中使用最令人印象深刻的塑料之一,也是最重要的秘密,是聚四氟乙烯(PTFE),更好地稱為特氟龍,可以作為耐刮擦和耐腐蝕,低摩擦的保護塗層沉積在金屬表面。通過將聚乙烯容器暴露於氟氣而形成的聚氟乙烯表面層與特氟隆非常相似。名為Roy Plunkett的杜邦化學家在1938年發現意外發現了特氟隆。在戰爭期間,它被用於氣體擴散過程,以精煉原子彈的鈾,因為該過程具有高度的腐蝕性。通過 20世紀60年代初,特氟隆防粘油煎鍋有需求。
    Lexan是通用電氣製造的高衝擊聚碳酸酯塑料。 Makrolon是由拜耳製造的高衝擊聚碳酸酯塑料。
    可生物降解(可堆肥)塑料
    研究已經在生物降解塑料中暴露於陽光(例如紫外線輻射),水分或濕度,細菌,酶,風力磨損和一些情況下分解滅蟲害蟲或昆蟲攻擊也被包括為生物降解或環境的形式降解。很明顯,這些降解模式只有在塑料暴露在表面時才會起作用,而其他模式只有在填埋或堆肥系統中存在某些條件時才會有效。澱粉粉末與塑料混合,作為填料使其易於降解,但仍不能導致塑料完全破裂。一些研究人員實際上已經將基因工程細菌合成了一種完全可生物降解的塑料,但這種材料,如Biopol,目前是昂貴的。德國化學公司巴斯夫生產Ecoflex,一種完全可生物降解的聚酯,用於食品包裝應用。 Gehr Plastics開發了ECOGEHR ,由專業人員分發的全系列生物聚合物形狀 塑料。
  • 特性和優點
    專業塑料提供超過1000種不同的塑料製品塑料板材,棒材,管材,薄膜,樹脂及型材。
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