《工程化学基础》课件.ppt

第六章 化学反应和材料的保护 目 录 6. 1 金属腐蚀的发生 一、化学腐蚀 二、电化学腐蚀 三、生物腐蚀 四、金属的腐蚀速率 6. 2 金属腐蚀的防护与利用 一、金属材料的耐蚀性 二、防止介质对材料的腐蚀 三、电化学保护法 四、化学腐蚀的利用 6. 3 生命体及高分子材料的老化 一、光合作用和氧源 二、氧自由基 三、高分子材料的老化 6. 4 高分子材料的保护 一、光稳定剂和抗氧剂 二、氧指数和阻燃剂 三、填充剂和偶联剂 四、化学镀和塑料电镀 作业： 2 O2– ? + 2 H+ H2O2 + O2 SOD 超氧化歧化酶(SOD)分子结构模型 O2– ? + H2O2 O2 + ?OH + OH– 铁螯合物 高分子材料在使用过程中，由于环境的影响，其强度、弹性、硬度等性能逐渐变坏，这种现象称为高分子材料的老化。 老化过程 老化结果 交联 变硬、变脆 大分子链断裂，相对分子质量降低 变软、发黏并丧失机械弹性 1. 光氧老化 2. 热氧老化 3. 化学试剂作用下的老化 1. 光氧老化 高分子材料在光照下其化学单元发生了能级跃迁，空气中氧趁机介入，发生光氧反应，使其张力、强度和颜色发生变化的现象称高分子的光氧老化。 RH R－H* ? R? + ?O－OH ?C－C－O－O－R R? + ?O－O? R－O－O? R－O－O－H + R? RH 氧有两个未配对的电子，它能使高分子化合物解离。 自由基和氧再进一步反应： 图6-8 聚合物吸氧曲线 A D C B O 时间 吸氧量 AB线： 诱导期 BC 阶段：剧烈的氧化过程 CD 阶段：氧扩散阻滞期 2. 热老化 热也是一种辐射。同样高分子材料在热的作用下其化学单元发生能级跃迁，氧的介入发生热氧老化，使其张力、强度和颜色发生变化的现象称为高分子的热氧老化。 轿车自燃 2005年12月25日中午12时许，312国道安徽霍邱县姚李镇境内发生一起轿车自燃事故。 高分子材料的老化、分解导致车内可燃气体浓度增大 3. 化学试剂作用下的老化 例如：聚酰胺的水解 以羧酸代替水裂解高分子时，叫做酸解作用。 因此，高分子材料在使用过程中应避免能与其起化学反应的试剂接触。更不能与相溶的有机溶剂接触。 学 习 要 求 1. 了解高分子材料与金属材料、陶瓷材料相比的优缺点，高分子材料的使用和保护。 2. 了解光稳定剂和抗氧剂的种类、作用机理。 3. 了解高分子材料的易燃性，理解氧指数、阻燃剂及阻燃作用等概念，掌握其在选材上的应用，了解偶联剂在高分子材料中的使用意义。 4. 了解塑料电镀，化学镀及其前处理中化学反应原理。 相对于金属材料来说，高分子材料一般不导电，可作为电绝缘材料；相对于陶瓷材料来说，高分子材料的熔点低、密度低、硬度小、易于加工。 高分子材料多由 C 和 H 等元素组成，存在着易燃，易溶于有机溶剂，易老化等缺点。 高分子材料的优、缺点 光稳定剂是抑制和延缓高分子光氧老化过程的试剂。光稳定剂按其作用特点可分为不同类型： (1) 紫外线吸收剂 (2) 能量转移剂 (3) 光屏蔽剂 (4) 自由基捕获剂 抗氧剂是能延缓或阻止氧化过程的物质。通常有主抗氧剂和辅抗氧剂两种。主抗氧剂就是那种能释放氢原子并捕获自由基的物质，包括胺类和酚类两大品种。 抗氧剂 抗氧剂、光稳定剂都是加工时掺入以延长高分子化合物使用寿命的助剂，所以又统称为寿命助剂。 燃料、氧和温度是燃烧过程的三要素。 对于高分子材料的阻燃性能的评价目前常用极限氧指数（LOI）表示，简称氧指数。 在标准状况下，材料样品在氧、氮混合气流中维持平稳燃烧所需的最低氧气浓度（以氧所占的体积分数表示）。可按下式求出： 表6. 2　 部分高分子化合物的 LOI 值 95 聚四氟乙烯 23 尼龙－66 60 聚偏氯乙烯 22 聚乙烯醇 42 聚氯乙烯 19 纤维素 35 酚醛树脂 18 聚丙烯 30 聚砜 18 聚丙烯腈 29 聚苯醚 17 聚甲基丙烯酸酯 27 聚碳酸酯 15 聚甲醛 LOI 高分子化合物 LOI 高分子化合物 提高 LOI 的一个重要途径是在高分子材料成型加工前加入阻燃剂。一般说来，加入阻燃剂后的材料氧指数随着阻燃剂浓度的增加而增大且阻燃效果也越好。 阻燃剂的组成 阻燃剂的作用机理 三水合氧化铝（Al2O3·3H2O） 实例 四溴乙烷、十溴二苯醚 填充剂又称填充物或填料。一般是指加入材料组