精细化工概论,重要概念

精细化工概论,重要概念
精细化学品(Fine chemicals)即精细化工产品
具有深度加工、技术密集度高、小批量生产、高附加价值、一般具有特定功能的化学品。

通用化工产品(Heavy chemicals)或大宗化学品
一些应用范围广泛，生产中化工技术要求较高，产量大的产品，例如石油化工中的塑料、合成纤维及橡胶。

精细化学品的定义
目前得到多数国家公认的定义：
对于基本化学工业生产的初级或次级化学品经过深加工而制取的具有特一定或特定用途、小批量生产的系列产品，称为精细化学品。

精细化学品化学——研究精细化学品的组成、结构、性质、变化、制备及应用的科学。

精细化工——是“精细化学品生产工业”的简称，属化学工程学范畴。

当任意两相接触时, 两相之间决非是一个没有厚度的纯
几何面,实际存在厚度的过渡区, 这一过渡区通常称之为界面
(其中一相是气体时，称为表面)。

表面分子不稳定，它有向液体内部迁移的趋势，即有缩小表面积的趋势，这个力简称表面张力
某些物质能使溶剂的表面张力降低的性质称为表面活性。

具有表面活性的物质叫表面活性物质
4）表面活性剂定义：加入很少量即能降低溶剂（一般为水）的表面张力，改变体系界面状态，以达到实际应用要求的一类物质。

固体表面能：表面上的质点受到不平衡的作用力，要将内部质点迁移到表面时，要克服向内的引力，即要增强新表面，必须反抗内部引力的作用。

分散指不溶性微粒分布在液体或半固体中组成的粗分散体系，也称悬浮液。

粒子为1-10um 为胶体分散。

分散相、连续相和分散剂三部分构成
（1）固液界面吸附，降低自由能；
（2）庞大亲水集团造成空间阻碍，防止微粒重新靠近合并。

（3）增大浓度，电性排斥作用。

两种互不相容的液体，一相以微滴的形式分散在另一相中,形成的多相分散体系，称为乳状液
为使该混合体系稳定，加入起帮助分散和稳定作用
的第三组分称作乳化剂，表面活性剂是常用的乳化
剂。

（2）乳化剂的作用;降低界面张力,增加界面强度,产生界面电荷
多重乳液：是一种O/W型（水包油型）和W/O型(油包水型共存的乳状液复杂体系。

主要用于化妆品中。

(W/O）/W型
(O/W）/O型
微乳液:是指一种液体以粒径在10-100nm的液珠分散
在另一不相溶的液体中形成的透明和半透明的分散
体系。

泡沫，是气体分散在液体或熔融固体中形成的热力学不稳定粗
分散物系。

消泡包括破泡和抑泡两种
化学方法：消泡剂
物理方法：搅动、加热或冷却，离心，超声波处理等
吸附铺展在液膜上使液膜局部表面张力降低，导致膜变薄
增溶方式：胶束内核增溶表面活性剂分子间的增溶方式表) 胶束表面的吸附增溶聚氧乙烯链间的增溶
洗涤作用包括两个基本作用：一是降低污垢与基质的结合力二是有防止污垢再沉积的能力柔软平滑性
作用机理：纤维在使用阳离子表面活性剂为主要成分的油剂后，表面活性剂的亲水端排列在纤维的表面，亲油端朝向空气，纤维表面
具有一层油膜，从而产生柔软平滑作用。

抗静电性
表面活性剂抗静电原理在于：
疏水端吸附在材料表面，亲水端朝向空气。

亲水性膜吸收空气中的水分，因此好像物体表面多了一层水层，产生的静电易于传递到大气中，从而降低了物体表面的电荷。

杀菌性，机理:与蛋白质发生作用具有杀菌作用，在细菌表面形成一层憎水基朝外定向排列的致密单分子层，组织营养和水分进入菌体，影响微生物正常代谢，从而死亡。

缓蚀和防锈作用机理:
阳离子表面活性剂可以定向吸附在金属表面形成亲油基朝外的膜层，将水和其他腐蚀性介质隔绝在外。

阴离子表面活性剂能将一些腐蚀性介质包容到胶束内部，使其不能与金属表面接触，也起到缓蚀作用。

胶束（micelles)：当溶液内表面活性剂分子数目不断增
加时，其疏水部分相互吸引，缔合在一起，亲水部分向着
水，几十个或更多分子缔合在一起形成缔合的粒子，称为
胶束。

临界胶束浓度（CMC）：
表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度。

C < CMC
分子在溶液表面定向排列，表面张力迅速降低
C ＝CMC
溶液表面定向排列已经饱和，表面张力达到最小值。

开始形成小胶束
C > CMC
溶液中的分子的憎水基相互吸引，分子自发聚集，形成球状、层状胶束，将憎水基埋在胶束内部
CMC越小表示该表面活性剂的活性越大。

影响CMC的因素
(1)亲水基的类型
(2)疏水基团（碳氢链）的长度
(3)化学组成：碳氢链的分支
极性基团的位置
碳氢链上的取代基
亲水亲油平衡值(HLB)是表示表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力。

HLB值愈大，亲水性愈强；HLB值愈小，亲油性愈强。

数值范围：HLB值范围为1~40，其中非离子表面活性剂HLB值范围为1~20。

克拉夫脱点是离子型表面活性剂的一种特性常数
临界溶解温度，也称克拉夫脱点
浊点是非离子表面活性剂的一种特性常数。

非离子型表面活性剂在水溶液中的溶解度随温度升高而下降，使溶液变浊，称此开始变浊时的温度就称为浊点非离子型表面活性剂应在浊点以下使用。

特种表面活性剂
含氟表面活性剂是指碳氢链中的氢原子部分或全部被氟原子取代后形成的碳基链或氧杂碳氟链表面活性剂
“三高二憎”：高表面活性、高热稳定性、高化学惰性；同时具有憎水、憎油性。

防水、防油防污处理剂。

洗涤助剂有以下的一些作用
（1）增强表面活性，增加污垢的分散、乳化、增溶，防止污垢再沉积。

（2）软化硬水，防止表面活性剂水解，提高洗涤液碱性，并有碱性缓冲作用。

（3）改善泡沫性能，增加物料溶解度，提高产品黏度
（4）降低皮肤的刺激性，并对纺织品起柔软、抑菌、杀菌、抗静电、整饰等作用。

（5）改善产品外观，赋予产品美观的色彩和优雅的香气，从而使消费者喜爱选用，提高商品的商业价值
胶黏剂又称黏合剂，简称胶（bonding agent/adhesive），
是使同种或不同种的固体材料粘接在一起的物质。

胶黏剂的组成
（1）胶黏剂的基料
①起主要作用
②基本条件：良好润湿性能；优良综合力学性能
③一般是固体或黏稠的液体
④品种多：聚合物类、橡胶类、无机物三大类
(2)辅助材料，
按基料分类
有机胶黏剂,天然胶合成胶
无机胶黏剂硅酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硼酸盐、金属氧化物
按用途分类:结构胶,非结构胶,特种胶,密封胶
粘接机理
1）机械理论认为粘接力是由于胶黏剂渗入被粘物表面的缝隙或凹陷处，经固化后产生啮合连接。

缺点：机械结合理论不能解释胶粘剂对非多孔性表面的粘合。

2）吸附理论由Mclaren提出的，他认为形成胶接的过程有两个阶段:迁移吸附。

当两理想平面相距1nm，物理吸附的范德华力吸引力可达10-100MPa；0.3~0.4nm，可达100-1000MPa。

3扩散理论胶黏剂与被粘材料接触时，其分子互相扩散，在界面发生互溶，导致界面的消失和过渡层的产生，两聚合物的胶结是在过渡层中进行的
4静电理论苏联学者根据在暗室中胶粘剂层从被粘物表面高速剥离时的放电现象，提出胶粘剂与被粘物之间存在双电层，粘附力主要由双电层的静电引力所引起。

缺点：
无法解释用炭黑作填料的胶粘剂及导电胶的胶接现象
无法解释由两种以上互溶高聚物构成的胶接体系的胶接现象
5）化学键理论认为粘合剂与被粘合物之间除存在范德华力外，有时还可形成化学键。

化学键的键能比分子间的作用大的多，形成较多的化学键对提高胶接强度和改善耐久性都具有重要意义。

缺点：无法解释不发生化学反应的胶接现象。

天然胶黏剂按来源分为植物胶、动物胶和矿物胶。

天然胶粘剂来源丰富，价格低廉，多数是水溶性或水分散性，无毒或低毒。

通过改性，提高天然胶粘剂的耐水性；
充分利用造纸业副产的木质素来制造胶粘剂以及开发利用海洋生物等原科资源。

热塑性胶黏剂具有受热软化、冷却硬化的性能，重复加热、冷却仍能保持这种性能
树脂,乙烯树脂类,聚醋酸乙烯乳液胶黏剂,聚乙烯醇胶黏剂,聚乙烯醇缩醛胶黏剂
乙烯酸树脂类聚醋酸乙烯乳液胶黏剂聚乙烯醇胶黏剂聚乙烯醇缩醛胶黏剂
丙烯酸树脂类
溶剂型：丙烯酸树脂溶于溶剂中而成主要用于有机玻璃的粘接
乳液型：通过乳化剂将丙烯酸酯与其他单体（如甲基丙烯酸、丙烯酸、醋酸乙烯、苯乙烯）经乳液共聚而成。

特点：耐老化性、耐水性好，耐皂洗、耐磨、胶膜柔软；主要用于织物方面，如无纺布用、静电植绒等；还可用于建筑方面作装饰用胶粘剂和密封剂。

氰基丙烯酸酯型：氰基乙酸酯与甲醛加成缩合反应，然后
加热裂解。

即常用的501、502、504等胶.瞬时固化
固化机理：
氨基和酯基具有很强的吸电子性，使α位C带有部分负电荷，在水或弱碱的催化作用下，易进行阴离子聚合而完成固化。

杂环高分子类
种类：聚苯并咪唑、聚酰亚胺、聚苯硫醚等。

特点：耐高温、耐辐射的高温黏合剂；多用于飞机制造和宇航工业中金属、陶瓷等的粘接。

氟树脂类
种类：聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯等
特点：耐热、耐阻燃性、表面能低，粘接难粘接的材料，如含氟塑料与金属的粘接。

热固性胶黏剂加热后产生化学变化，逐渐硬化成型，再受热也不软化，也不能溶解?酚醛树脂类由酚类与甲醛在酸或碱催化剂存在下缩聚而成。

酚醛树脂类未改性酚醛树脂胶粘剂主要用于木材、层压板、泡沫塑料等的接
改性酚醛树脂胶粘剂（提高粘接强度和耐热性）
酚醛树脂类特点，
①粘接力强、刚性大、耐热性高；
②耐老化、耐水、耐化学介质性能好；
③脆性大、剥离强度低、胶层颜色深；
④含有游离苯酚和甲醛，有毒性。

环氧树脂胶黏剂
环氧树脂是指分子中平均含有两个及两个以上环氧基而分子量不高的聚合物。

环氧树脂胶可胶粘金属和非金属材料，俗称“万能胶”。

环氧树脂种类很多，但最常用的还是双酚A型环氧树脂。

环氧当量：指一个环氧基的环氧树脂的质量，g/eq.
环氧值：100g环氧树脂中含有环氧基的当量数，eq/100g.
其值越大，分子量越小，树脂的黏度越低。

一般用于粘接金属、陶瓷、玻璃、石材、竹木等；
对未经处理的聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等塑料无粘接性；
对橡胶、皮革、织物等软材质的粘接力很差。

橡胶类胶黏剂以橡胶或弹性体为基料，配以助剂、溶剂而成的一
大类胶黏剂。

氯丁橡胶(聚氯丁二烯)：以2-氯-1.3-丁二烯为主要原料经乳液聚合制备的一种弹性体。

氯丁胶黏剂：由氯丁橡胶与硫化剂、促进剂、防老剂、溶剂等组成。

丁腈胶：耐油性、耐水性最好，有良好的耐热、耐磨；耐老化及耐介质性。

丁基胶：密封性特优，有优良的电绝缘性，耐老化、耐酸碱、氧、臭氧及化学介质。

聚异丁烯胶：有透明、耐老化、耐氧化、耐低温和优良电绝缘性，能粘聚乙烯、聚丙烯等难粘材料。

不饱和聚酯胶黏剂由不饱和聚酯树脂、交联剂、引发剂、促进剂等组成。

压敏胶略施压力即可瞬时粘接的一种胶黏剂，天然橡
胶类，树脂类
分类：橡胶型(如天然橡胶、聚异丁烯、丁基橡胶等为基料)
树脂型(如丙烯酸酯、硅树脂或硅橡胶等为基料)
特点：这种胶都是先涂于塑料薄膜、织物、纸张或金属箔上，做成胶带或胶膜。

可多次重复使用，有一定剥离强度，不污染被粘物表面，无毒、安全、易贮运，但耐久性、耐热性较差。

结构压敏胶黏剂，底涂剂，基材，隔离剂
性能被粘物表面胶黏剂层基材
涂料概述
定义：一种涂覆在物体表面，能形成坚韧涂膜，起到保护、装饰、标志和其他特殊功能的一类材料的总称。

①涂料用途保护作用
②装饰作用
③色彩标志作用
④特殊功能作用
组成，成膜物质，溶剂，颜料，助剂，，
助剂，
①流平剂：改善涂层的平整性，包括防缩孔、防橘皮及流挂等现象。

②增稠剂（触变剂）：使黏度增加，防止涂料在储存过程中颜料的聚集、沉淀及流挂
现象的发生。

③颜料分散剂：润湿分散剂。

④颜料分散剂：润湿分散剂。

⑤增塑剂：邻苯二甲酸二丁酯
⑥催干剂：有机金属皂化合物
⑦固化剂：使线形树脂发生交联，使结构复杂立体化
⑧稳定剂：能吸收紫外线的化合物。

涂料的分类与命名
根据成膜物质、形态、用途、涂装方法来分类：
按施工方法分类
▲刷用漆、喷漆、烘漆、电泳漆等。

▲按涂料作用分类防锈漆、防火漆、耐高温漆等。

▲按用途分类建筑涂料、工业涂料、通用涂料
命名，全名= 颜料或颜色名称+成膜物质名称+基本名称
涂料型号分为三个部分：
第一部分是成膜物质一般用汉语拼音字母表示；
第二部分是基本名称，用两位数字表示；
第三部分是序号，表示同类品种间的组成、配比或用途的不同。

功能涂料
涂料除有保护装饰功能外，还要满足各种特定条件下的特定要求功能，这类涂料称为“特种功能涂料”。

特种功能涂料在特定条件下显示热、声、光、电磁、机械、生化、屏蔽等方面一种或几种以上的特殊功能。

电、磁功能涂料包括电气绝缘涂料、导电性涂料、磁性涂料等。

热功能涂料包括耐高温涂料、防火涂料、温控涂料、隔热涂料等。

机械功能涂料包括防碎裂涂料、润滑涂料、可剥涂料、阻尼涂料（隔音防震涂料）、弹性涂料
光学功能涂料包括发光涂料、荧光涂料、反光涂料、太阳能选择性吸收涂料、各种特殊用途的光敏涂料、伪装涂料、光刻涂料等。

界面功能涂料包括防雾涂料、防水涂料、防结冰涂料、防雪涂料、防粘纸涂料等。

生物功能涂料包括防菌涂料、防污涂料、灭蝇涂料、牙科涂料等。

防火涂料
火焰和由他引起的高温可以使木材、塑料等化为灰烬，使钢材等失去强度而弯曲变形，使混凝土碎裂，玻璃熔化，给生命财产带来巨大损失。

防火涂料除具有涂料的一般性能，即装饰性能和保护性能外，还有两个主要的性能1.涂料本身具有不燃烧或难燃烧性，即能防止被焰火点燃。

2涂料能阻止底材燃烧或对其燃烧的蔓延有阻滞作用防火涂料防火的基本原理
1.用难燃或不燃的涂料将可燃物封闭起来，避免与空气接触。

2.必须隔绝对被保护物体的任何形式的热量传播，如形成膨胀隔热层，或利用高导热和高反射性能的涂层排除热量或利用吸热的化学反应抵消外部热源的作用。

示温涂料是指当涂层被加热到一定温度后发生颜色的变化或其他现象变化来指示物体表面温度分布的涂料，也称变色涂料、热敏涂料。

主要用于飞机发动机、武器、工业特殊设备等。

示温涂料的主要用途
1.特别适宜在连续运转件和复杂结构物件进行测温，这些部件往往是温度计，毫伏计难以测温或不可能测温的（高温时）。

2.适宜测量物体大表面积的温度分布又可同时测量许多元件部位的温度
3.是一种很好的报警材料，例如化工反应釜，石油裂解釜等的超温报警。

4.低温可逆示温涂料广泛应用于民用方面，有着很好的装饰美化和示警作用。

染料：能使其它物质获得鲜明、均匀、坚牢色泽的有色有机化合物。

染料的命名：
三段命名法：冠称—色称—词尾
冠称：表示染料的应用类别和性质，又称属名。

色称：表示染料的基本色泽名称。

词尾：也称尾注，表示染料的性能、色光、形态和用途，词尾常用字母表示。

按分子结构分类：
偶氮染料（单偶氮，双偶氮，多偶氮），分子结构中含有偶氮基（-N=N-）。

硝基及亚硝基类：分子中含有硝基或亚硝基的一类染料，如下是黄色酸性染料。

靛族染料：含共轭烯酮体系的靛族和硫靛母体结构的不溶性还原染料
硫化染料：某些芳香族化合物与硫或多硫化钠相互反应而生成的本身不溶于水的产物，分子中含有-S-结构或多硫结构。

芳甲烷类染料：一个碳原子上连有几个芳基结构的染料
蒽醌染料：（蒽醌结构或多环酮）
按染料的应用分类
酸性染料，中性染料，直接染料，还原染料，活性染料，分散染料，硫化染料，冰染染料，阳离子染料等，功能染料
蛋白纤维用染料
蛋白纤维：包括羊毛、皮革、丝绸等。

包含α-氨基酸单元RCH(NH)2COOH的长链，结构中含有游离的-COOH、-NH2等。

可用于蛋白纤维染色的主要有：酸性染料、碱性染料等
（1）酸性染料
概念：又称阴离子染料，大多数含有磺酸基团。

少数含
羧基。

能与蛋白质纤维分子中的氨基以离子键结合，在酸性、弱酸性或中性条件下适用。

应用：用于羊毛、蚕丝、棉纶等染色，也可
用于皮革，纸张等方面。

碱性染料
概念：在水溶液中电离呈有色的阳离子，通过离子键使带
酸性基的纤维染色，多为季铵盐型。

可与纤维分子上的羧基成盐
纤维素纤维用染料
可用于纤维素纤维染色的主要有：直接染料、冰染染料还原染料、硫化染料、活性染料等合成纤维：尼龙、棉纶、聚酯纤维等高分子聚合物。

结构中无活性基团，具有显著的憎水性。

可用于合成纤维染色的主要有：分散染料、阳离子染料等。

分散染料，①特征：分子中不含水溶性基团的非离子型染料，染色
时用分散剂将染料分散成细微的分散状颗粒而对纤维染色。

②染色对象：涤纶聚酯，醋酯纤维。

主要用于涤纶、锦纶等合纤。

功能染料（Functional Dyes）亦称专用染料（Special Dyes）, 是一类具有特殊功能特殊专用性的染料，这种特殊的功能通常都与近代高新技术领域关联的光、电、热、化学、生化等性质相关。

用量少、价格高，经济效益显著。

目前，功能性染料已被广泛地应用于液晶显示、热敏压敏记录、光盘记录、光催化、光化学治疗等高新技术领域。

功能高分子材料的制备一般是指通过物理的或化学的方法将功能基团与聚合物骨架相结合的过程。

功能高分子材料的制备主要有以下三种基本类型：
①功能单体聚合或缩聚反应；
②高分子的功能化反应；
③与功能材料复合。

即加成聚合反应，凡含有不饱和键的化合物或环状低分子化合物，在催化剂、引发剂等外加条件作用下，同种单体间相互加成形成新的共价键相连大分子的反应就是加聚反应
指具有两个或两个以上官能团的单体，相互缩合并产生小分子副
产物（水、醇、氨、卤化氢等）而生成高分子化合物的聚合反应。

2②高分子的功能化反应利用化学反应将活性功能基引入聚合物骨架。

可选材料的特点
①价格低廉的通用材料；
②较容易地接上功能性基团；
③来源丰富；
④具有机械、热、化学稳定性；
3③与功能材料复合通过在高分子加工过程中引入小分子化合物或其他添加剂而使分子具有某些特殊功能性质。

离子交换树脂离子交换分离法：利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反应进行
分离的方法。

无机离子交换剂：由天然的(粘土、沸石类矿物)和合成的合成沸石、分子筛、等化
合物构成。

有机离子交换剂：人工合成的带有离子交换功能团的高分子聚合物。

其中应用最为
广泛的是离子交换树脂
离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构的高分子化合物，它由不溶性的三维空间网状骨架、连接在骨架上的功能基团和功能基团上带有相反电荷的可交换离子三部分构成。

结构
固体球形颗粒，多孔网状结构；不溶于水；具有离子交换特性的有机高分子聚电解质。

应用，
①硬水软化
②②铀等贵金属的提取不同金属离子形成络合物的稳定性不同，络离子在树脂上
的吸附能力不同。

加入络合剂，提高选择性，改善分离
高分子分离膜
1）膜分离
所谓的膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有
一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两部分，并
能使这两部分之间产生传质作用。

膜的特性：
◆不管膜多薄, 它必须有两个界面。

这两个界面分别与两侧
的流体相接触；
◆膜传质有选择透过性，它可以使流体相中的一种或几种
物质透过，而不允许其它物质透过。

离子交换膜是具有反复离子交换基团的膜状树脂，在聚合物链上连接有离子交换基
团，带有电荷，能形成固定电场。

固定电场的存在使膜能选择性透过不同电荷的离子。

微滤(MF)溶剂、盐类、大分子>50nm细微颗粒和超大分子悬浮物分离、制药行业无菌理等超滤(UF)5nm~100nm细微颗粒和大分子浓缩、分级、大分子溶液的净化等
反渗透(RO)和纳滤膜
浓溶液侧施加压力，大于渗透压时，迫使浓溶液中溶剂反向渗透至稀溶液一侧
纳滤膜：渗透过程中截留大于95%的1~2nm小分子的膜
食品添加剂：为改善食品品质和色、香、味以及为防腐、
保鲜和加工工艺的需要而加入到食品中的天然物质或人工
合成物质。

食品强化剂：指为增强营养成分而加入到食品中的天然或
人工合成的属于天然营养素范围的食品添加剂，食品强化剂只是食品添加剂中的特殊一类。

毒理学评价（的目的）：安全使用食品添加剂，制定食品添加剂使用标准的重要依据
毒理学试验
三个阶段：
急性毒性试验
亚急性毒性试验
慢性试验（包括繁殖试验、致癌试验、致畸试验等）
致死量LD（Lethal Dose）
半数致死量LD50 （Lethal Dose 50%）：
是指能使一群试验动物中毒死亡一半的剂量，以mg/kg体重表示LD50数值越小，毒物的毒性越强，
LD50数值越大，毒物的毒性越弱。

对食品添加剂的一般要求
①应进行充分的毒理学鉴定；
②不破坏食品的营养物质，也不影响食品的质量及风味。

③应有助于保持对食品基本作用外，不得用于掩盖食品腐败变质等缺陷；
④最好在达到使用效果后除去而不进入人体。

⑤添加于食品后应能被分析鉴定出来。

⑥价格低廉，原料来源丰富，使用方便，易于贮运管理。

毒理学试验——亚急性毒性试验
进一步检验受试验物质的毒性机理对机体
重要器官和生理功能的影响，并估计发生这些影响的相应剂量。

毒理学试验——慢性毒性试验
考察少量被测物质长期作用于机体所呈现的毒性，确定被试物质的最大无作用量。

最大无作用量（MNL/Maximum No Effect Level）：
是指长期摄入仍无任何中毒现象的每日最大摄入剂量，以mg/kg 体重表示。

MLN的1/100~1/500即为人体每日摄入量ADI值，以mg/kg 体重表示
科学、法规和道德三位一体，应是我国食品工业和食品添加剂发展基础的核心价值
1.按添加剂来源分类。