材料與人類文明論文

學(xué)生姓名：學(xué)生院系：信息科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)生班級：學(xué)生學(xué)號：指導(dǎo)老師：王斌目錄論文主要內(nèi)容三大材料性能的比擬有機非金屬材料之——有機硅材料的簡介有機硅材料的開展現(xiàn)狀我國有機硅材料的開展存在的問題有機硅材料對人類文明的影響論文主要內(nèi)容經(jīng)過課程的學(xué)習(xí)，我了解關(guān)于很多材料方面的知識，比方玉、陶瓷等等，以及他們對人類文明之間的關(guān)心。通過我的觀察，發(fā)現(xiàn)自己的身邊也有一種生活中不可或缺的材料，那就是橡膠，而橡膠又屬于有機非金屬材料，于是我將有機非金屬材料中的有機硅材料作為主要的研究對象，希望通過對這種現(xiàn)代社會應(yīng)用廣泛的材料做進一步更深入的了解。三大材料性能的比擬世界是由物質(zhì)組成的，對人類有用的物質(zhì)即材料，按其組成和化學(xué)鍵性質(zhì)可將材料分成四大類：金屬材料〔包括純金屬及其合金〕：由金屬原子組成，原子與原子之間靠共價鍵而鍵合，描述鍵合的理論為自由電子理論；有機高分子材料：以C原子為主要成分，原子與原子之間靠共價鍵而鍵合，描述鍵合的理論有價鍵理論和分子軌道理論；無機非金屬材料：以金屬元素或非金屬元素的化合物或非金屬元素單質(zhì)為組元，原子與原子之間通過離子鍵和共價鍵而鍵合，描述鍵合的理論有靜電吸引理論、價鍵理論與分子軌道理論；復(fù)合材料：金屬基，非金屬基，樹脂基，以混合鍵結(jié)合，物理與化合鍵可能均存在。

金屬生物材料有機生物材料無機非金屬生物材料生物相容性中等中等良好化學(xué)穩(wěn)定性低中等高耐熱性中等差好熱膨脹系數(shù)中等大小熱傳導(dǎo)系數(shù)好差中等硬度中等小高壓縮系數(shù)中等大小拉伸系數(shù)大中等中等可成型性中等容易難有機非金屬材料之——有機硅材料的簡介定義：有機硅材料主要分為硅橡膠、硅油及二次加工品、硅樹脂及硅烷偶聯(lián)劑四大類產(chǎn)品。由于有機硅產(chǎn)品具有電氣絕緣、耐輻射，阻燃、耐腐蝕、耐上下溫、形態(tài)多樣以及生理惰性等優(yōu)良特性，被譽為“工業(yè)味精”，廣泛應(yīng)用于電子電氣、建筑建材、紡織、輕工、醫(yī)療、機械、交通運輸、塑料橡膠等各行業(yè)，并深入到人們生活的各個領(lǐng)域、成為化工新材料的佼佼者，其開展正可謂方興未艾。目前，全球年生產(chǎn)能力超過120萬噸，產(chǎn)品品種約有5000—10000種之多，市場總銷售額約70億美元。2．有機硅主要產(chǎn)品及應(yīng)用目前有機硅產(chǎn)品繁多，品種牌號多達萬余種，常用的就有4000余種，大致可分為原料、中間體、產(chǎn)品及制品三大類：有機硅單體：主要指有機氯硅烷等合成有機硅高聚物的單體，如甲基氯硅烷、苯基氯硅烷、乙烯基氯硅烷等原料。有機硅中間體：主要指線狀或環(huán)狀體的硅氧烷低聚物，如六甲基二硅氧烷〔MM〕、八甲基環(huán)四硅氧烷〔D4〕、二甲基環(huán)硅氧烷混合物〔DMC〕等。有機硅產(chǎn)品及制品：由中間體通過聚合反響，并添加各類無機填料或改性助劑制得有機硅產(chǎn)品。主要有硅橡膠〔高溫硫化硅橡膠和室溫硫化硅橡膠〕、硅油及二次加工品、硅樹脂及硅烷偶聯(lián)劑四大類。硅橡膠再通過模壓、擠出等硫化成型工藝，制得導(dǎo)電按鍵、密封圈、泳帽等最終直接用品。3．具體分類：〔1〕、有機硅單體〔2〕、有機硅中間體〔3〕、硅橡膠A．熱硫化型硅橡膠〔RTV〕主要應(yīng)用：硅橡膠與其他橡膠一樣，可加工成各種型材、膠管、膠條、膠輥、膠布等制品，用于其他橡膠用之無效的場合。此外，硅橡膠的生物相容性更是一種關(guān)鍵的特性。B．室溫硫化型硅橡膠〔LTV′S〕及加成反響型硅橡膠〔LSR〕主要應(yīng)用：通過適當(dāng)改變填料、添加劑和聚合物的結(jié)構(gòu)組成，并選擇各種各樣的交聯(lián)、催化體系，可以制得許多不同性能的品種。由于室溫硫化硅橡膠使用簡便，而且能夠制備出滿足各方面技術(shù)要求的繁多品種，促使其產(chǎn)量和用途與日俱增，目前國外銷售的室溫硫化硅橡膠牌號達300種以上。可以毫不夸大地說，在每一個工業(yè)領(lǐng)域中都有它的用武之地。表1：室溫硫化硅橡膠的應(yīng)用一覽表應(yīng)用部門利用的特性主要應(yīng)用范圍建筑工業(yè)耐老化，著色、粘接性取代瀝青，用作公路接縫的密封劑；高層建筑物嵌板、幕墻和內(nèi)墻接縫的密封；廚房瓷磚周圍空隙的填平和浴盆、水斗、便池周圍的密封等。電子工業(yè)優(yōu)異的介電性、耐候、粘接性，可隨時應(yīng)急廣泛用作包封、灌注、粘接、浸漬和涂復(fù)等材料。航空和宇航工業(yè)耐燃、耐腐蝕、耐輻射用于宇宙飛船窗口、真空泵系統(tǒng)和電子設(shè)備的密封，燒蝕涂層，耐油部位的密封。汽車工業(yè)耐疲勞、粘接性用作現(xiàn)場成形的密封墊圈，汽車檔風(fēng)玻璃、門窗框架、反光燈、排氣管及易受水淋設(shè)備的粘接密封。醫(yī)療衛(wèi)生液體硅橡膠,生理惰性隱型眼鏡和人工角膜，齒科印模材料，防噪音耳塞等。其他方面粘接性、仿真性制作古代文物復(fù)制的模具，常規(guī)武器上的密封?！?〕、硅油A．硅油的分類：硅油是一類具有各種不同粘度，無毒、無嗅、無腐蝕，不易燃燒的聚硅氧烷液體油狀物。其中，甲基硅油是硅油中最主要的品種，通過改變聚硅氧烷的聚合度及有機基的種類，或使聚硅氧烷與其他有機物共聚，可以制得具有防水、抗粘、脫模、消泡等根本特性的硅油。硅油的品種很多，大致可分為線形硅油及改性硅油兩大類。B．硅油制品及應(yīng)用：硅油有許多特殊性能，如溫粘系數(shù)小、耐上下溫、抗氧化、閃點高、揮發(fā)性小、絕緣性好、外表張力小、對金屬無腐蝕、無毒等。由于這些特性，硅油以應(yīng)用在許多方面而具有卓越的效果。在各種硅油中，以甲基硅油應(yīng)用得最廣泛，是硅油中最重要的品種，其次是甲基苯基硅油。各種官能性硅油及改性硅油主要用于特殊目的。表2：硅油的主要應(yīng)用應(yīng)用部門利用特性主要應(yīng)用范圍機械工業(yè)耐上下溫、抗氧化、強抗剪切性用于傳動裝置的潤滑油，防震、阻尼用油，真空擴散泵油。電器工業(yè)介電性、耐熱、疏水性用于變壓器、電容器、晶體管等的絕緣、抗熱、防濕和填充?；瘜W(xué)工業(yè)外表張力低、化學(xué)穩(wěn)定性好用作發(fā)酵、造紙、織物染色等化工生產(chǎn)過程中的消泡。醫(yī)學(xué)無毒、疏水性、外表活性醫(yī)用消泡劑,軟膏及保護脂的基劑,藥用添加劑,外科用具的滅菌用油，人造眼球的潤滑劑。一般工業(yè)抗粘、耐候性用于涂料、橡膠、塑料添加劑和內(nèi)脫模劑。一般工業(yè)耐腐蝕、疏水性玻璃器具、陶瓷、紙張、皮革、金屬、織物等物品的外表處理硅油在自然環(huán)境中的分解不象大多數(shù)有機化合物那樣由于細菌的侵襲，而可以說是由于土壤中沙礫的催化，使之分解為較簡單的分子。分解產(chǎn)物為環(huán)狀有機硅分子，蒸發(fā)到空氣中，進一步分解為天然產(chǎn)物——水，CO2和二氧化硅水和物。土壤中留下的有機硅化合物在水中可溶，在日光中的紫外線照射下進一步分解為硅酸，而硅酸是海水中天然存在的一種化合物，因此無須擔(dān)憂大量、長期使用后硅油的累積和殘留。〔5〕、硅樹脂表3:硅樹脂制品的應(yīng)用制品種類應(yīng)用范圍絕緣漆用于電機設(shè)備的線圈浸漬漆，粘接云母用的絕緣漆，用于玻璃絲、玻璃布及石棉布浸漬的絕緣漆。涂料用于耐熱、耐候的防腐涂料,耐搔抓的透明涂料,脫模和防潮涂料，耐輻照涂料。粘接劑金屬和耐熱的非金屬材料的粘接劑，耐熱橡膠或橡膠與金屬的粘接劑，絕熱隔音材料與鋼或鈦合金的粘接劑，以及壓敏粘接劑。有機硅塑料作結(jié)構(gòu)材料、半導(dǎo)體封裝用的模壓塑料，與玻璃布制得的層壓塑料，發(fā)泡后制得的泡沫塑料?！?〕、硅烷偶聯(lián)劑硅烷偶聯(lián)劑的應(yīng)用：硅烷偶聯(lián)劑最早是作為玻璃纖維增強塑料的玻纖處理劑而開發(fā)的。由于硅烷偶聯(lián)劑改善了玻纖與樹脂之間的粘合，從而顯著提高了增強塑料的機械性能。隨著復(fù)合材料的迅速開展，硅烷偶聯(lián)劑無論在品種或產(chǎn)量的開展速度也很快。近年來，利用硅烷偶聯(lián)劑對某些材料引入特定功能性基團，可以改良材料的外表性質(zhì)，獲得防靜電、防霉、防臭、防凝血和生理惰性等，成為硅烷偶聯(lián)劑新用途的開端。正是由于許多重要應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)，硅烷偶聯(lián)劑成為有機硅的一個重要分支。表4:硅烷偶聯(lián)劑的主要應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用效果處理玻璃纖維增強材料有效提高復(fù)合材料的濕態(tài)機械性能和穩(wěn)定的電氣性能。處理礦物粉末填料提高復(fù)合材料的機械強度，改善加工性能，增強填料的潤濕性和分散性。增粘劑用作環(huán)氧、聚氨脂、氯丁橡膠等粘接劑和密封劑的增粘劑,可以大大提高樹脂對玻璃或金屬基材的干態(tài)粘接劑,改善濕態(tài)粘接保持率。橡膠加工提高無機填料在橡膠中的分散性，改善橡膠的物理電氣性能和綜合加工工藝性能。其他方面處理玻璃外表，防止飛機、汽車的擋風(fēng)玻璃外表結(jié)冰現(xiàn)象。有機硅材料的國內(nèi)開展現(xiàn)狀4.1生產(chǎn)我國有機硅產(chǎn)品的研制始于20世紀(jì)50年代中期的沈陽化工研究院，到20世紀(jì)60年代開始工業(yè)化生產(chǎn)。20世紀(jì)80年代，我國有很多家有機硅單體生產(chǎn)廠，但大多存在規(guī)模小、本錢高、技術(shù)落后的問題。20世紀(jì)90年代，藍星星火化工廠在國內(nèi)率先建立了年產(chǎn)量萬噸級的生產(chǎn)裝置。截止2007年底，全國有機硅單體生產(chǎn)總能力〔以甲基氯硅烷的合成能力計〕已到達52.5萬t／a。我國主要有機硅單體生產(chǎn)企業(yè)及生產(chǎn)能力見表。2006年10月，藍星〔集團〕總公司宣布收購法國羅地亞公司的有機硅業(yè)務(wù)工程，從而使該集團國內(nèi)外甲基氯硅烷的生產(chǎn)能力增加了22萬t／a，到達42萬t／a，躋身國際有機硅單體生產(chǎn)大公司之列。隨著生產(chǎn)能力的擴大和市場需求的增加，國內(nèi)有機硅單體的產(chǎn)量連年增加，2007年的產(chǎn)量約為30萬t左右，表9是近年國內(nèi)有機硅單體產(chǎn)量。目前國內(nèi)有機硅單體合成流化床裝置的生產(chǎn)規(guī)模為5萬t／a，二甲基二氯硅烷的選擇性可長期穩(wěn)定在80%以上，生產(chǎn)技術(shù)水平有了顯著的提高，根本接近國外先進水平，而且實現(xiàn)了長周期運轉(zhuǎn)，已具備了與國外產(chǎn)品抗衡的能力。因此，產(chǎn)品在滿足國內(nèi)市場的同時已進入國際市場，2006年與2007年出口量連續(xù)兩年都超過6萬t。隨著應(yīng)用市場的不斷開發(fā)，我國現(xiàn)已成為世界有機硅單體的消費大國，但長期以來國內(nèi)生產(chǎn)無法滿足需求。根據(jù)近年國內(nèi)有機硅單體的生產(chǎn)情況，我國有機硅單體大開展的時機已成熟，完全可以用國內(nèi)開發(fā)的生產(chǎn)技術(shù)建設(shè)大規(guī)模的有機硅單體生產(chǎn)裝置。近兩年來，國內(nèi)掀起了有機硅單體投資熱潮，除浙江合盛、山東東岳等公司的裝置已建成外，仍有新建和擴建工程在實施之中。此外，我國作為世界最具開展?jié)摿Φ挠袡C硅單體消費國也吸引著國外的生產(chǎn)商直接參與我國的有機硅單體的生產(chǎn)，德國的瓦克公司和美國道康寧公司聯(lián)合投資的有機硅單體公司已于2006年開始在張家港建設(shè)，方案總生產(chǎn)規(guī)模為40萬t／a，預(yù)計一期工程將于2008年投產(chǎn)。根據(jù)已完成和正在實施的建設(shè)工程統(tǒng)計資料，預(yù)計2010年我國有機硅單體以甲基氯硅烷的總合成能力計將超過150萬t／a，成為全球最大的有機硅單體生產(chǎn)國。2010年我國有機硅單體能力預(yù)測見表。根據(jù)目前國內(nèi)有機硅單體的生產(chǎn)水平，按二甲基氯硅烷的選擇性82%計，水解和裂解總收率為97%計，那么2010年國內(nèi)聚硅氧烷的供給量為65萬t〔折合二甲基二氯硅烷130萬t〕。4.2消費隨著建筑工業(yè)、電子／電器工業(yè)、日化和紡織工業(yè)等工業(yè)的開展，我國有機硅產(chǎn)品的消費量長期快速增長。2000-2007年間，國內(nèi)有機硅單體的消費量年均增長率達26%以上。2006年，由于反傾銷政策的實施，國內(nèi)有機硅材料的低端市場有所萎縮，如硅油消泡劑、脫模劑等。與2005年相比，2006年全國有機硅單體的消費量略有增加，約為52萬t。2007年，隨著國內(nèi)產(chǎn)能釋放和價格的回落，有機硅單體消費激增。近年國內(nèi)有機硅單體的供求情況見表。從表可見，我國有機硅產(chǎn)品的消費量的年均增長速度遠遠高于世界其他國家和地區(qū)，是全球有機硅產(chǎn)業(yè)開展的主要推動力。由于工業(yè)結(jié)構(gòu)和下游工業(yè)水平不同于興旺國家，而且許多應(yīng)用領(lǐng)域還在開發(fā)，因此我國有機硅單體的消費結(jié)構(gòu)不同于興旺國家：硅橡膠的市場規(guī)模最大，2007年約消費75%硅氧烷，硅油的消費比例約為20%；硅樹脂及其他約為5%。與興旺國家相比，我國的有機硅市場仍處于高速成長期，預(yù)計2008-2010年間年均增長速度為20%，2010年聚硅氧烷的需求量為53萬t〔折合二甲基二氯硅烷為106萬t〕?？紤]到國內(nèi)有機硅單體己進入國際市場，而且我國的產(chǎn)品與興旺國家的產(chǎn)品相比具有價格優(yōu)勢，因此出口量具有增加的可能性。假設(shè)在建裝置順利投產(chǎn)，2010年全國有機硅單體的供需根本平衡。根據(jù)國內(nèi)目前有機硅單體消費的增長形勢，預(yù)計2015年全國有機硅單體的需求量約為85萬t〔折合二甲基二氯硅烷為170萬t〕。因2010年后除張家港工程外，根本沒有新建工程投產(chǎn)，因此2010年后如不增加有機硅單體的產(chǎn)能，國內(nèi)將再次出現(xiàn)供給缺口。4.2.1硅橡膠〔1〕建筑業(yè)。近年來，隨著建筑以及家庭裝修業(yè)的開展和新型建筑材料的應(yīng)用，國內(nèi)硅酮密封膠和有機硅結(jié)構(gòu)膠的用量以年均20%左右的速度開展，2007年建筑及室內(nèi)裝修用硅橡膠的數(shù)量〔以硅氧烷計〕接近15萬t，是國內(nèi)有機硅材料的最大消費市場。建筑業(yè)作為我國的支柱產(chǎn)業(yè)，預(yù)計今后仍將快速開展，預(yù)計2010年國內(nèi)有機硅建筑與室內(nèi)裝修方面對硅橡膠的需求量將到達23萬t，2015年在35萬t以上?！?〕電子／電器工業(yè)是我國硅橡膠的又一重大消費領(lǐng)域，年消費量已到達7.5萬t左右。我國目前是全球最大的電子／電器產(chǎn)品的生產(chǎn)大國，產(chǎn)品行銷世界各地。由于人民幣升值、產(chǎn)品更新?lián)Q代以及勞動力本錢等因素的影響，電子／電器出口增長速度出現(xiàn)下降的趨勢。電子產(chǎn)品的小型化將減少各種電子材料的用量。因此，電子／電器行業(yè)對硅橡膠的需求增長速度將低于建筑業(yè)，預(yù)計2010年的需求量為13萬t，2015年需求量將到達18萬t?！?〕汽車工業(yè)硅橡膠的用量在大幅度增加，2007年的用量已達0.6萬t。根據(jù)國外的最新研究，增加有機硅材料在汽車零部件方面的用量，可以大幅度提高汽車的平安性能，因此汽車產(chǎn)量和單車用量水平的提高都將推動汽車工業(yè)對硅橡膠需求的增加，預(yù)計2010年的用量為1萬t，2015年在2萬t左右，2007年我國消費硅橡膠〔以硅氧烷計〕約23.1萬t。根據(jù)以上分析，預(yù)計2010年國內(nèi)硅橡膠的總需求量將到達37萬t，2015年將到達55萬t左右。4.2.2硅油〔1〕日化行業(yè)。我國的日用化工行業(yè)有了長足的開展，國際上知名的日化跨國公司根本上都已在我國建立了合資或獨資的工廠，使我國日化產(chǎn)品的生產(chǎn)水平根本與興旺國家持平。盡管人均消費水平遠遠低于興旺國家，但由于人口的因素，我國現(xiàn)已成為全球日化產(chǎn)品的生產(chǎn)和消費大國。目前，日化領(lǐng)域每年消費的硅油數(shù)量近3.5萬t，主要用于護膚品和護發(fā)產(chǎn)品中?！?〕紡織品。我國是世界上紡織品出口量較大的國家，隨著國際市場上對紡織品質(zhì)量要求的提高，使得硅油在紡織工業(yè)中的應(yīng)用越來越多，目前每年用量約為1萬t。〔3〕消泡劑。有機硅類消泡劑以其性能優(yōu)良、副作用小等特點而被造紙工業(yè)、發(fā)酵工業(yè)等使用。隨著我國造紙工業(yè)和發(fā)酵工業(yè)的快速開展，有機硅消泡劑的用量在不斷增加。由于目前有機硅單體價格較高，與其他消泡劑〔如植物油〕相比，硅油消泡劑尚無性價比優(yōu)勢，因此僅被少量使用，但今后其用量將會隨造紙和發(fā)酵等工業(yè)對原材料本錢消化能力的提高和有機硅單體價格回落到較為合理的水平而增加。此外，食品工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)對硅油的消費量也在不斷地增加。硅油產(chǎn)品除良好的應(yīng)用性能外，其最大的優(yōu)點是無毒無害，因此越來越受相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的歡送。2007年，我國總計消費硅油約6.2萬t。預(yù)計今后相當(dāng)長的時期內(nèi)，國內(nèi)硅油的消費都將處于高速增長的狀態(tài)，預(yù)計2010年國內(nèi)硅油的總需求量將達12萬t左右，而且高檔硅油制品的比例將大幅度提高。2015年將到達24萬t左右。4.2.3硅樹脂及其它與硅油和硅橡膠相比，我國的硅樹脂消費水平還很低，2005年國內(nèi)產(chǎn)量約為5000t，多數(shù)高檔次的產(chǎn)品依賴進口?！?〕電絕緣漆是硅樹脂的重要用途之一。其耐熱性高、絕緣性好，使用在電機或電器上體積就可做得更小、質(zhì)量更輕〔節(jié)省金屬導(dǎo)電材料〕、使用壽命更長。硅樹脂絕緣漆主要品種有線圈浸漬漆、云母粘接絕緣漆、玻璃布石棉布等浸漬漆、低溫枯燥漆、無溶劑浸漬漆等?！?〕涂料是硅樹脂的另一重要用途。用硅樹脂配制的耐高溫涂料不僅具有耐500-600℃高溫，而且還兼有耐低溫、防腐蝕和憎水性等優(yōu)良性能，廣泛用在石油化工、冶金、發(fā)電等企業(yè)的高溫設(shè)備上，還用于發(fā)動機以及其它需要防腐、防氧化的高溫部位和場合。2007年硅樹脂及其它產(chǎn)品消費量約1.5萬t，隨著我國工業(yè)水平的提高，硅樹脂的需求量將會不斷擴大，預(yù)計2010年硅樹脂及其它產(chǎn)品的總需求量將會到達4萬t，2015年硅樹脂及其它產(chǎn)品的總需求量將會到達6萬t。我國有機硅材料的開展存在的問題〔1〕總量缺乏，嚴重依靠進口。與市場需求相比，國內(nèi)的供給缺口很大。2007年全國硅氧烷的凈進口量為15.8萬t〔折合有機硅單體為31.6萬t〕，相當(dāng)于國內(nèi)消費量的一半以上。此外，一些企業(yè)以國外的廢舊硅橡膠為原料，進行再加工利用，主要用于生產(chǎn)低檔次的硅橡膠制品。目前我國有機硅單體大約60%依靠進口。〔2〕技術(shù)水平與國際先進水平仍有一定的差距。盡管國內(nèi)有機硅單體的生產(chǎn)能力已具有了一定的規(guī)模，并且單套裝置的生產(chǎn)能力也到達了國外的先進水平，但是主要的技術(shù)指標(biāo)與國際先進水平相比仍然存在一定的差距。例如，氯甲烷單耗指標(biāo)國際先進水平可達0.79t／t，而