材料与人类文明论文

学生姓名：学生院系：信息科学与工程学院学生班级：学生学号：指导老师：王斌目录一．论文主要内容二．三大材料性能的比较三．有机非金属材料之——有机硅材料的简介四．有机硅材料的发展现状五．我国有机硅材料的发展存在的问题六．有机硅材料对人类文明的影响一．论文主要内容经过课程的学习，我了解关于很多材料方面的知识，比如玉、陶瓷等等，以及他们对人类文明之间的关心。通过我的观察，发现自己的身边也有一种生活中不可或缺的材料，那就是橡胶，而橡胶又属于有机非金属材料，于是我将有机非金属材料中的有机硅材料作为主要的研究对象，希望通过对这种现代社会应用广泛的材料做进一步更深入的了解。二．三大材料性能的比较世界是由物质组成的，对人类有用的物质即材料，按其组成和化学键性质可将材料分成四大类：金属材料（包括纯金属及其合金）：由金属原子组成，原子与原子之间靠共价键而键合，描述键合的理论为自由电子理论；有机高分子材料：以C原子为主要成分，原子与原子之间靠共价键而键合，描述键合的理论有价键理论和分子轨道理论；无机非金属材料：以金属元素或非金属元素的化合物或非金属元素单质为组元，原子与原子之间通过离子键和共价键而键合，描述键合的理论有静电吸引理论、价键理论与分子轨道理论；复合材料：金属基，非金属基，树脂基，以混合键结合，物理与化合键可能均存在。金属生物材料有机生物材料无机非金属生物材料生物相容性中等中等良好化学稳定性低中等高耐热性中等差好热膨胀系数中等大小热传导系数好差中等硬度中等小高压缩系数中等大小拉伸系数大中等中等可成型性中等容易难三．有机非金属材料之——有机硅材料的简介1．定义：有机硅材料主要分为硅橡胶、硅油及二次加工品、硅树脂及硅烷偶联剂四大类产品。由于有机硅产品具有电气绝缘、耐辐射，阻燃、耐腐蚀、耐高低温、形态多样以及生理惰性等优良特性，被誉为“工业味精”，广泛应用于电子电气、建筑建材、纺织、轻工、医疗、机械、交通运输、塑料橡胶等各行业，并深入到人们生活的各个领域、成为化工新材料的佼佼者，其发展正可谓方兴未艾。目前，全球年生产能力超过120万吨，产品品种约有5000—10000种之多，市场总销售额约70亿美元。2．有机硅主要产品及应用目前有机硅产品繁多，品种牌号多达万余种，常用的就有4000余种，大致可分为原料、中间体、产品及制品三大类：有机硅单体：主要指有机氯硅烷等合成有机硅高聚物的单体，如甲基氯硅烷、苯基氯硅烷、乙烯基氯硅烷等原料。有机硅中间体：主要指线状或环状体的硅氧烷低聚物，如六甲基二硅氧烷（MM）、八甲基环四硅氧烷（D4）、二甲基环硅氧烷混合物（DMC）等。有机硅产品及制品：由中间体通过聚合反应，并添加各类无机填料或改性助剂制得有机硅产品。主要有硅橡胶（高温硫化硅橡胶和室温硫化硅橡胶）、硅油及二次加工品、硅树脂及硅烷偶联剂四大类。硅橡胶再通过模压、挤出等硫化成型工艺，制得导电按键、密封圈、泳帽等最终直接用品。3．具体分类：（1）、有机硅单体（2）、有机硅中间体（3）、硅橡胶A．热硫化型硅橡胶（RTV）主要应用：硅橡胶与其他橡胶一样，可加工成各种型材、胶管、胶条、胶辊、胶布等制品，用于其他橡胶用之无效的场合。此外，硅橡胶的生物相容性更是一种关键的特性。B．室温硫化型硅橡胶（LTV′S）及加成反应型硅橡胶（LSR）主要应用：通过适当改变填料、添加剂和聚合物的结构组成，并选择各种各样的交联、催化体系，可以制得许多不同性能的品种。由于室温硫化硅橡胶使用简便，而且能够制备出满足各方面技术要求的繁多品种，促使其产量和用途与日俱增，目前国外销售的室温硫化硅橡胶牌号达300种以上。可以毫不夸大地说，在每一个工业领域中都有它的用武之地。表1：室温硫化硅橡胶的应用一览表应用部门利用的特性主要应用范围建筑工业耐老化，着色、粘接性取代沥青，用作公路接缝的密封剂；高层建筑物嵌板、幕墙和内墙接缝的密封；厨房瓷砖周围空隙的填平和浴盆、水斗、便池周围的密封等。电子工业优异的介电性、耐候、粘接性，可随时应急广泛用作包封、灌注、粘接、浸渍和涂复等材料。航空和宇航工业耐燃、耐腐蚀、耐辐射用于宇宙飞船窗口、真空泵系统和电子设备的密封，烧蚀涂层，耐油部位的密封。汽车工业耐疲劳、粘接性用作现场成形的密封垫圈，汽车档风玻璃、门窗框架、反光灯、排气管及易受水淋设备的粘接密封。医疗卫生液体硅橡胶,生理惰性隐型眼镜和人工角膜，齿科印模材料，防噪音耳塞等。其他方面粘接性、仿真性制作古代文物复制的模具，常规武器上的密封。（4）、硅油A．硅油的分类：硅油是一类具有各种不同粘度，无毒、无嗅、无腐蚀，不易燃烧的聚硅氧烷液体油状物。其中，甲基硅油是硅油中最主要的品种，通过改变聚硅氧烷的聚合度及有机基的种类，或使聚硅氧烷与其他有机物共聚，可以制得具有防水、抗粘、脱模、消泡等基本特性的硅油。硅油的品种很多，大致可分为线形硅油及改性硅油两大类。B．硅油制品及应用：硅油有许多特殊性能，如温粘系数小、耐高低温、抗氧化、闪点高、挥发性小、绝缘性好、表面张力小、对金属无腐蚀、无毒等。由于这些特性，硅油以应用在许多方面而具有卓越的效果。在各种硅油中，以甲基硅油应用得最广泛，是硅油中最重要的品种，其次是甲基苯基硅油。各种官能性硅油及改性硅油主要用于特殊目的。表2：硅油的主要应用应用部门利用特性主要应用范围机械工业耐高低温、抗氧化、强抗剪切性用于传动装置的润滑油，防震、阻尼用油，真空扩散泵油。电器工业介电性、耐热、疏水性用于变压器、电容器、晶体管等的绝缘、抗热、防湿和填充。化学工业表面张力低、化学稳定性好用作发酵、造纸、织物染色等化工生产过程中的消泡。医学无毒、疏水性、表面活性医用消泡剂,软膏及保护脂的基剂,药用添加剂,外科用具的灭菌用油，人造眼球的润滑剂。一般工业抗粘、耐候性用于涂料、橡胶、塑料添加剂和内脱模剂。一般工业耐腐蚀、疏水性玻璃器具、陶瓷、纸张、皮革、金属、织物等物品的表面处理硅油在自然环境中的分解不象大多数有机化合物那样由于细菌的侵袭，而可以说是由于土壤中沙砾的催化，使之分解为较简单的分子。分解产物为环状有机硅分子，蒸发到空气中，进一步分解为天然产物——水，CO2和二氧化硅水和物。土壤中留下的有机硅化合物在水中可溶，在日光中的紫外线照射下进一步分解为硅酸，而硅酸是海水中天然存在的一种化合物，因此无须担心大量、长期使用后硅油的累积和残留。（5）、硅树脂表3:硅树脂制品的应用制品种类应用范围绝缘漆用于电机设备的线圈浸渍漆，粘接云母用的绝缘漆，用于玻璃丝、玻璃布及石棉布浸渍的绝缘漆。涂料用于耐热、耐候的防腐涂料,耐搔抓的透明涂料,脱模和防潮涂料，耐辐照涂料。粘接剂金属和耐热的非金属材料的粘接剂，耐热橡胶或橡胶与金属的粘接剂，绝热隔音材料与钢或钛合金的粘接剂，以及压敏粘接剂。有机硅塑料作结构材料、半导体封装用的模压塑料，与玻璃布制得的层压塑料，发泡后制得的泡沫塑料。（6）、硅烷偶联剂硅烷偶联剂的应用：硅烷偶联剂最早是作为玻璃纤维增强塑料的玻纤处理剂而开发的。由于硅烷偶联剂改善了玻纤与树脂之间的粘合，从而显著提高了增强塑料的机械性能。随着复合材料的迅速发展，硅烷偶联剂无论在品种或产量的发展速度也很快。近年来，利用硅烷偶联剂对某些材料引入特定功能性基团，可以改进材料的表面性质，获得防静电、防霉、防臭、防凝血和生理惰性等，成为硅烷偶联剂新用途的开端。正是由于许多重要应用领域的开发，硅烷偶联剂成为有机硅的一个重要分支。表4:硅烷偶联剂的主要应用应用领域应用效果处理玻璃纤维增强材料有效提高复合材料的湿态机械性能和稳定的电气性能。处理矿物粉末填料提高复合材料的机械强度，改善加工性能，增强填料的润湿性和分散性。增粘剂用作环氧、聚氨脂、氯丁橡胶等粘接剂和密封剂的增粘剂,可以大大提高树脂对玻璃或金属基材的干态粘接剂,改善湿态粘接保持率。橡胶加工提高无机填料在橡胶中的分散性，改善橡胶的物理电气性能和综合加工工艺性能。其他方面处理玻璃表面，防止飞机、汽车的挡风玻璃表面结冰现象。四．有机硅材料的国内发展现状4.1生产我国有机硅产品的研制始于20世纪50年代中期的沈阳化工研究院，到20世纪60年代开始工业化生产。20世纪80年代，我国有很多家有机硅单体生产厂，但大多存在规模小、成本高、技术落后的问题。20世纪90年代，蓝星星火化工厂在国内率先建立了年产量万吨级的生产装置。截止2007年底，全国有机硅单体生产总能力（以甲基氯硅烷的合成能力计）已达到52.5万t／a。我国主要有机硅单体生产企业及生产能力见表。2006年10月，蓝星（集团）总公司宣布收购法国罗地亚公司的有机硅业务项目，从而使该集团国内外甲基氯硅烷的生产能力增加了22万t／a，达到42万t／a，跻身国际有机硅单体生产大公司之列。随着生产能力的扩大和市场需求的增加，国内有机硅单体的产量连年增加，2007年的产量约为30万t左右，表9是近年国内有机硅单体产量。目前国内有机硅单体合成流化床装置的生产规模为5万t／a，二甲基二氯硅烷的选择性可长期稳定在80%以上，生产技术水平有了显著的提高，基本接近国外先进水平，而且实现了长周期运转，已具备了与国外产品抗衡的能力。因此，产品在满足国内市场的同时已进入国际市场，2006年与2007年出口量连续两年都超过6万t。随着应用市场的不断开发，我国现已成为世界有机硅单体的消费大国，但长期以来国内生产无法满足需求。根据近年国内有机硅单体的生产情况，我国有机硅单体大发展的时机已成熟，完全可以用国内开发的生产技术建设大规模的有机硅单体生产装置。近两年来，国内掀起了有机硅单体投资热潮，除浙江合盛、山东东岳等公司的装置已建成外，仍有新建和扩建项目在实施之中。此外，我国作为世界最具发展潜力的有机硅单体消费国也吸引着国外的生产商直接参与我国的有机硅单体的生产，德国的瓦克公司和美国道康宁公司联合投资的有机硅单体公司已于2006年开始在张家港建设，计划总生产规模为40万t／a，预计一期工程将于2008年投产。根据已完成和正在实施的建设工程统计资料，预计2010年我国有机硅单体以甲基氯硅烷的总合成能力计将超过150万t／a，成为全球最大的有机硅单体生产国。2010年我国有机硅单体能力预测见表。根据目前国内有机硅单体的生产水平，按二甲基氯硅烷的选择性82%计，水解和裂解总收率为97%计，则2010年国内聚硅氧烷的供应量为65万t（折合二甲基二氯硅烷130万t）。4.2消费随着建筑工业、电子／电器工业、日化和纺织工业等工业的发展，我国有机硅产品的消费量长期快速增长。2000-2007年间，国内有机硅单体的消费量年均增长率达26%以上。2006年，由于反倾销政策的实施，国内有机硅材料的低端市场有所萎缩，如硅油消泡剂、脱模剂等。与2005年相比，2006年全国有机硅单体的消费量略有增加，约为52万t。2007年，随着国内产能释放和价格的回落，有机硅单体消费激增。近年国内有机硅单体的供求情况见表。从表可见，我国有机硅产品的消费量的年均增长速度远远高于世界其他国家和地区，是全球有机硅产业发展的主要推动力。由于工业结构和下游工业水平不同于发达国家，而且许多应用领域还在开发，因此我国有机硅单体的消费结构不同于发达国家：硅橡胶的市场规模最大，2007年约消费75%硅氧烷，硅油的消费比例约为20%；硅树脂及其他约为5%。与发达国家相比，我国的有机硅市场仍处于高速成长期，预计2008-2010年间年均增长速度为20%，2010年聚硅氧烷的需求量为53万t（折合二甲基二氯硅烷为106万t）。考虑到国内有机硅单体己进入国际市场，而且我国的产品与发达国家的产品相比具有价格优势，因此出口量具有增加的可能性。若在建装置顺利投产，2010年全国有机硅单体的供需基本平衡。根据国内目前有机硅单体消费的增长形势，预计2015年全国有机硅单体的需求量约为85万t（折合二甲基二氯硅烷为170万t）。因2010年后除张家港项目外，基本没有新建项目投产，因此2010年后如不增加有机硅单体的产能，国内将再次出现供应缺口。4.2.1硅橡胶（1）建筑业。近年来，随着建筑以及家庭装修业的发展和新型建筑材料的应用，国内