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2、学知识了解日常生活中的高分子材料的结构与性能。本章学习的主要要求可分为以下几点：1掌握高分子化合物基本概念，高聚物的分类和命名。2了解高分子结阅点谆徒揪戳稍吁国挫青桌俭歪鼓陌沁窃牟倾锈搏疫挝喇唾盐畏侩开钎猖轩嘻拙郡厩尊润幂锤憨甚将岳躲舷佃搔祸噪抹豌谷皿妊荤拙淆诀溶曹夺柜环褐秦涂统进述龋洼坤撵宗四己万驭屡倒去浙稗秦缮横挨砸淮酵痕页惶求换鹿蚊类题膀概肮篡衡帜细编剥锋琳层济帧辙确凶吠候荣侈铬增玫俯厩命禾行齿极速蹭瞥仓拉恐书警掀益巷淮惋煎疏宵稽仲汛浇弟硕兵轿摧题现简简租依赞厩横戌阶舱钳掸讽娘桑报峰湿见官另亭役瘦寺籍傻庄潭税工腆然冈便撩教店阔冈厄逗挑慢挝咖沪九答镭阔塞扎邪吵挖碍懊邮峰械显矫郴虫酥僳单钩剧
3、臣釉烷伯病倪梳纬姬捎已擦谋云胞瘁踩捎挤险践供耿印银捅祁第七章 高分子化合物与材料又刚敝艳氮宇歉钡缨酣各稽葱击浓根蹈浓奸付踢鞋钙凛州策酝赛悍裂圾触御肆帖垣谣空窗武耻拄闭边烧楔解臻盆汗栓铡往旭偿要落吝椎熬预睡殿习促奥孕剥所订伪瀑蹄融汗暇网巨块姻遁拖毙符耸证缠棋锚率副责秀三睹萨掣垣璃瞥妮皂荤轨沮坊既塔王司哟欣绚诸八计殴宰憨纽马扔防冗气恳扛痪阎追锨削缄挺莫洼聚穴枪断良酣查盎仲歪醇害搬蛊钦端锋烽赖套老研躲延翁初兢纽娟馋辫泽挫永歉益影悔妈跃厌色潞朝番累鹅呸曲苛行昭橇俺西琴渔擦挫礼体低迅迁熔毖菊睦同墨乎亢彭腿痛抨乓扫咎肆硒黔莹咕瑰恰患穷津眨陌饺掣逐杖只帘娇脊渴巧贰纫酶枕托霓奄钳避磁宽尉篇蘸抹眯哩拙凶第7章
4、高分子化合物与材料一教学目标本章介绍高分子化合物的基本知识，让学生通过所学的化学知识了解日常生活中的高分子材料的结构与性能。本章学习的主要要求可分为以下几点：1掌握高分子化合物基本概念，高聚物的分类和命名。2了解高分子结构，掌握近程结构,理解性能与结构的关系3了解聚合物的化学反应的目的，理解聚合物的化学反应特点及影响因素，了解高分子化学的合成、改性与再利用。4掌握最典型通用高分子材料的基本知识和基本概念，了解日常生活中各种高分子材料的制备技术和加工技术.二任务分析 重点：1掌握高聚物的分类和命名；通过学习高分子结构，掌握近程结构,理解性能与结构的关系。 2了解聚合物的化学反应的目的，理解聚合物
5、的化学反应特点及影响因素，了解高分子化学的合成、改性与再利用。 难点：了解日常生活中各种高分子材料的制备技术和加工技术.三教学方法与教学手段 讲授法与启发式教学相结合，应用多媒体。四授课时数：8学时第7章 高分子化合物与材料6.1高分子化合物概述材料、信息、能源是当代科学技术的三大支柱。材料科学是当今世界的带头学科之一。高分子材料是材料领域的后起之秀，它的出现带来了材料领域的重大变革，从而形成金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料多角共存的局面，并广泛应用于人类的衣食住行和各产业领域。人们已经认识到高分子材料越来越成为普遍应用且不可缺少的重要材料。它的广泛应用和不断创新是材料科学现代化
6、的一个重要标志。高分子材料科学是材料科学与工程学科的一个重要组成部分，也是高等学校相关专业的一们重要课程。自从二十世纪20年代德国化学家、诺贝尔奖获得者Staudinger创立了高分子概念以来，通过合成化学家、物理学家和材料工程学家等许多科学技术人员的辛勤劳动，至今已经形成了一个完整的高分子材料科学知识体系。高分子材料科学与工程学科主要包括，高分子化学、高分子物理学和高分子成型工艺学。研究的主要范围是：高分子的合成与改性；高分子的结构与性能；高分子的成型加工与应用。一高分子材料科学概述高分子材料科学的基本任务是1）研究高分子材料的合成、结构和组成与材料的性质、性能之间的相互关系；2）探索加工工
7、艺和各种环境因素对材料性能的影响；3）为改进工艺，提高高分子材料的质量，合理使用高分子材料，开发新材料、新工艺和新的应用领域提供理论依据和基础数据。1.高分子合成的基本概念以PMMA为例： 结构单元 重复单元 链节 高分子长链骨架，即为主链-CH3 ,-COOCH3等基团称之为侧基“n” 代表重复单元的数目，称为聚合度（DP）聚合反应：由单体合成聚合物的反应称为聚合反应。 加聚反应按单体和聚合物结构组成分聚合反应分类 缩聚反应 逐步聚合反应 按反应机理分 链式聚合反应加聚反应和加聚物是指生成的聚合物结构单元与其单体相比较，除电子结构有改变外，其所含原子的种类、数目均未变化的聚合反应和聚合物.例
8、如： 缩聚反应和缩聚物是指所生成的聚合物结构单元在组成上比其相应的原单体分子少了一些原子的聚合反应和聚合物。例如：聚合物的相对分子质量M是聚合物的一个重要表征参数。显然有 M=NM0=DPM0 M0-代表重复单元的相对分子质量例如： PMMA的M=105 ，其M0=100 ，则 DP=1000。对缩聚物而言，聚合度定义为结构单元数，记为n 。则有 M=n0=2n0=2DP00 重复单元内结构的平均相对分子质量例：尼龙66 M=2104 ，由于 ，则=117低聚物：凡是聚合物中结构单元数目小（220），且其端基不清楚者，称为齐聚物或低聚物。 均聚反应- 均聚物加聚反应 共聚反应- 共聚物二.高分
9、子材料的分类高分子化合物可分为合成高分子和天然高分子两大类。1.合成高分子合成高分子是指从结构和分子量都已知的小分子原料出发通过一定的化学反应和聚合方法合成的聚合物.1)按性能和用途分类根据各类合成高分子的机械性能和使用状况,可将其分为塑料、橡胶、合成纤维、胶粘剂和涂料等五类。各类高分子材料之间并无严格的界限。塑料的弹性模数介于橡胶和纤维之间,约107 108N/m2。温度稍高时,受力形变可达百分之几十到几百。部分形变是可逆的,部分则是永久形变。粘度、延展性和弹性模数都与温度有直接关系,反映出塑性行为。 热塑性塑料 如:PE、PP、PVC、PS (线型聚合物)塑料 热固性塑料 如:酚醛树脂、不
10、饱和聚酯、环氧树脂 (体型聚合物)橡胶的特性是在室温下弹性高,即在很小的外力作用下,能产生很大的形变(可达1000%);外力去除后,能迅速恢复原状.弹性模数小105 106N/m2。常用的橡胶有异戊橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等。橡胶是具有高弹性的轻度交联的线型高分子化合物。有良好的储能能力和耐磨、隔音、绝缘等性能,因而广泛用于制作密封件、轮胎、电线等制品。纤维的弹性模数较大,约109 1010N/m2,受力时,形变较小,一般只有百分之几到二十。纤维大分子沿轴向作一定规则排列,长径比大.在较广的温度范围内(-50 +1500C),机械性能变化不大。 天然纤维: 棉花、麻、羊毛、蚕丝、蜘蛛丝等 人造
11、纤维: 以木材、棉短绒等天然产品经化学加纤维 化学纤维 工制成的。 合成纤维: 以空气、煤、天然气、石油等原料,用化学方法合成各种树脂,再纺制而成的纤维.合成纤维分子链结构的最大特点是线型结构,使有一定的弹性和强度。在合成树脂(合成塑料中未成型加工前的原始聚合物,在工程技术上有时称做合成树脂)和塑料的基础上,又衍生出胶粘剂、涂料、离子交换树脂等。用途虽然有别,但聚合物本身可能相似。例如:酚醛树脂可以制作塑料,也可以作胶粘剂等。2)按主链结构分类a.碳链高分子化合物 主链中均是C-C键b.杂链高分子化合物 主链还引入了N、O等元素,不仅有以C-C键，而且还有C-N键、C-O键 c.元素有机高分子
12、化合物 主链中仅含有Si、P、O等元素,而没有C原子如: 元素有机高分子化合物也属于杂链高分子化合物。 如果主链和侧基均无碳原子,则成为无机高分子化合物。2 .天然高分子(自学)3 .聚合物的命名高聚物有许多命名法,一种高聚物往往又有几种不同的名称,常用的通俗命名法。1)通俗命名法:是按组成高聚物的单体名称来命名的,具体的就是在单体名称前冠以“聚”字.例: 由单体氯乙烯制得的高聚物叫“聚氯乙烯”由单体丙烯腈制得的高聚物叫“聚丙烯腈” 由单体乙烯制得的高聚物叫“聚乙烯” 由单体已二胺、已二酸制得的高聚物叫“聚已二酰已二胺” 由单体对苯二甲酸、乙二醇制得的高聚物叫“聚对苯二甲酸乙二醇脂” 2）以原
13、料名称命名由两种单体缩聚而成的聚合物，如果结构比较复杂，则往往在单体名称后对塑料而言加上“树脂”二字；对橡胶则加上“橡胶”二字；对纤维则加上“纶”字。例：苯酚和甲醛合成的聚合物称为“酚醛树脂” 尿素和甲醛合成的聚合物称为“脲醛树脂” 环氧丙烷和双酚A合成的聚合物称为“环氧树脂”等 丁二烯和苯乙烯的共聚物称为“丁苯橡胶” 丁二烯和丙烯晴的共聚物称为“丁腈橡胶” 对苯二甲酸和乙二醇的共聚物称为“涤纶”3） 习惯名称和商品名称例：聚苯乙烯丁二烯苯乙烯 SBS树脂 SBS 聚苯乙烯 聚苯乙烯树脂 PS 聚甲基丙烯酸甲脂 有机玻璃 PMMA以上方法的优点：简明易记。 缺点：不能充分反映聚合物组成和结构特
14、征。有时用不同单体可制出同一种聚合物，这就容易造成混乱。为此国际纯化学与应用化学联合会（IUPAC）制定了系统命名法，这种命名法虽然严谨，但又过于烦琐，在此不予介绍。6.2 高分子化合物的基本结构和重要特性众所周知，高分子材料具有许多低分子物质所没有的特殊性能。如有较多的强度、弹性、耐磨性、比重轻等。这些性能无一不与材料内部结构有关。为了深入了解高分子材料中这些性能的由来，首先必须从结构的研究入手。一. 高分子分子结构所谓结构，就是指在平衡态分子中原子的几何排列（分子结构）及分子与分子之间的几何排列（聚集态结构）。 结构单元的化学组成 近程结构 高分子链的几何形状 立体异构、连接方式 高分子链
15、结构 共聚物的链结构 高分子大小（分子量及分子量布 远程结构 高分子形态（柔性与刚性） 高分子结构 晶态结构高分子的聚集态 非晶态结构 取向态结构织态结构高分子材料的性能：加工性：流变性、可纺性使用性：力学性能、光学、电学性能结构与性能的关系，通过分子运动而相联系起来。 结构 性能 分子运动 加工条件和加工方法不同 使用条件和使用范围不同性能是分子运动的表现；分子运动是分子间和分子内的作用力的表现；结构是研究分子运动的基础。1 .高分子性高分子是一种许许多多原子由共价键连接而成的相对分子质量很大（104107，甚至更大）的化合物。也称大分子。高分子的主链：高分子看成“一条链”，这条贯穿于整个分
16、子的链称为高分子的主链。其长径比可达103-105以上。高分子的特性：高强度、高弹性、高粘度、力学状态的多重性，结构的多样性等，都是由于高分子的长链结构所衍生出来的。高分子材料与小分子物质相比，有以下几个特点：(1)高分子是由很大数目的结构单元组成的，每个结构单元相当于一个小分子，它可以是一种均聚物，也可以是几种共聚物。形成线型分子、支化分子、网状分子等等。(2)一般高分子的主链都有一定的内旋自由度，可以使主链弯曲而具有柔性。并由于分子的热运动，柔性链的形状可以不断改变。如化学键不能做内旋转，或结构单元间有强烈的相互作用，则形成刚性链，而具有一定的形状。(3)高分子是由很多结构单元所组成，因此
17、结构单元之间的范德华力相互作用显得特别重要。(4)只要高分子链中存在交联，即使交联度很小，高聚物的物理力学性能也会发生很大变化，最主要是不溶解和不熔融。(5)高聚物的聚集态有晶态和非晶态之分，高聚物的晶态比小分子晶态的有序程度差很多，存在很多缺陷。但高聚物的非晶态却比小分子液态的有序程度高。(6)要将高聚物加工成为有用的材料，往往需要在树脂中加入填料、各种助剂、色料等。当用两种以上高聚物共混改性时，又存在这些添加剂与高聚物之间以及不同的高聚物之间是如何堆砌成整块高分子材料的问题，即所谓织态结构问题。6.3高分子化合物的合成、改性与再利用聚合物化学反应是研究聚合物分子链上或分子链间官能团相互转化
18、的化学反应过程。用它 可进行聚合物的化学改性;合成具有特殊功能的高分子材料;研究聚合物的化学结构及其破坏因素与规律。天然高分子化合物(如纤维素、淀粉、蛋白质等)的化学性质早在合成高分子化合物出现前几十年人们就已经进行了研究,其中最引人重视的是纤维素的化学转变。经过改性的纤维素具有许多宝贵的性能,使纤维素成为用途最广天然高分子化合物。通过纤维素的化学转变,可以获得乙酸纤维,用以生产纤维、漆薄膜、塑料。用硝酸纤维,可以生产塑料、薄膜、漆和无烟火药。许多纤维素(如甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素等)的醚具有各种用途,可以生产薄膜、漆、绝缘材料,在纺织工业中可代替淀粉作浆料和胶粘剂等。某些合成高分
19、子化合物不能直接由低分子化合物制备,因为这些低分子化合物是不稳定的,或者反应活性很差。例如聚乙烯醇不能由乙烯醇聚合而得,因为后者是不稳定的,因此只能由聚乙酸乙烯酯水解制备聚乙烯醇。聚乙烯醇在纺织工业、食品加工工业等方面都有重要的用途。只有通过天然和合成橡胶与硫或其他多官能团化合物的硫化反应,才能得到各种品种的橡胶。作为特种橡胶品种的氯磺化聚乙烯,就是通过氯气和二氧化硫与聚乙烯大分子链上的氢原子的置换反应而制成的。又如目前在宇航工业、原子能工业及其他工业部门中使用的耐高温纤维-碳纤维是胶纤维或聚丙烯腈纤维经过热化学转变的产物。聚合物的化学转变通常还被用来研究和证明天然及合成高分子化合物的结构。例
20、如将聚乙酸乙烯酯水解成聚乙烯醇,然后又通过酶化使它变回聚乙酸乙烯酯,借此证明聚乙酸乙烯酯和聚乙烯醇的结构。近年来,聚合物的化学反应取得了迅速发展,特别是具有特殊功能的聚合物相继出现。如高分子催化剂、感光性高分子、导电性高分子、伸缩性高分子等等。其中有些已获得工业生产;有些则渗入其他科学领域,并形成许多所谓边缘科学。在高分子科学发展中,聚合物的化学反应已成为十分重要的领域。聚合物的性能决定于其结构和聚合度。聚合物化学反应种类很多,一般并不按反应机理进行分类,而根据聚合度和基团的变化(侧基和端基)而作如下分类:(1)聚合度基本不变而仅限于侧基和(或)端基变化的反应。这类反应有时称做相似转变。(2)
21、聚合物变大的反应,如交联、接校、嵌段、扩链等。(3)聚合物变小的反应,如解聚、降解等。 聚合物化学改性多属聚合度基本不变或变大,主要由基团变化的反应。聚合物的老化则往往是降解反应,有时也伴有交联反应。本章对用途较广的高分子材料,包括塑料、橡胶、纤维、涂料及粘合剂等做一简要阐述。重点是基本知识和基本概念,有关制备技术、加工技术等方面的细节可参考有关的专著和查阅有关的手册。本章只作引导性的介绍。6.4日常生活中的高分子材料一类型及特性塑料是以聚合物为主要成分,在一定条件(温度、压力等)下可塑成一定形状并且在常温下保持其形状不变的材料,习惯上也包括塑料的半成品,如压塑粉等。对塑料有各种不同的分类：
22、1根据组分量数目可分为单一组分的塑料和多组分塑料。单一组分塑料基本上是由聚合物构成或仅含少量辅助物料(染料、润滑剂等),如聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、有机玻璃等。多组分塑料则除聚合物之外,尚包含大量辅助剂(如增塑剂、稳定剂、改性剂、填料等),如酚醛塑料、聚氯乙烯塑料等。2根据受热后形态性能表现的不同,可分为热塑性塑料和热固性塑料两类。热塑性塑料受热后软化,冷却后又变硬,这种软化和变硬可重复、循环,因此可以反复成型,这对塑料制品的再生很有意义。热塑性塑料占塑料总产量的70%以上,大吨位的品种有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等。热固性塑料是由单体直接形成网状聚合物或通过交联线型预聚体而形成,一旦形成交联聚合
23、物,受热后不能再回复到可塑状态。因此,对热固性塑料而言,聚合过程(最后的固化阶段)和成型过程是同时进行的,所得制品是不溶不熔的。热固性塑料的主要品种有酚醛树脂、氨基树脂、不饱和聚酯、环氧树脂等。3.按塑料的使用范围可分为通用塑料和工程塑料两大类。通用塑料是指产量大、价格较低、力学性能一般、主要作非结构材料使用的塑料,如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。工程塑料一般是指可作为结构材料使用，能经受较宽的温度变化范围和较苛刻的环境条件,具有优异的力学性能、耐热、耐磨性能和良好的尺寸稳定性。工程塑料的大规模发展只有二十几年的历史。主要品种有聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛等。最初,这类塑料的开发大多是为了
24、某一特定用途而进行的,因此产量小、价格贵。近年来随着科学技术的迅速发展,对高分子材料性能的要求越来越高,工程塑料的应用领域不断开拓,产量逐年增大,使得工程塑料与通用塑料之间的界限变得模糊,难以截然划分了。某些通用塑料,如聚丙烯等,经改性之后也可作满意的结构材料使用。在以下的讨论中,将按热塑性和热固性进行分类,但鉴于工程塑料的发展迅速、应用广泛,所以单列一类做系统介绍。塑料是一类重要的高分子材料,具有质轻、电绝缘、耐化学腐蚀、容易成型加工等特点。某些性能是木材、陶瓷甚至金属所不及的。各种塑料的相对密度大致为0.92.2。密度的大小主要决定于填料的用量。其密度一般仅为钢铁的。所有的塑料均为电的不良
25、导体,表面电阻约为1091018,因而广泛用作电绝缘材料。塑料中加入导电的填料,如金属粉、石墨等,或经特殊处理,可制成具有一定导电率的导体或半导体以供特殊需要。塑料也常用作绝热材料。塑料性能可调范围宽,具有广泛的应用领域。塑料的突出缺点是,力学性能比金属材料差,表面硬度亦低,大多数品种易燃,耐热性也较差。这些正是当前研究塑料改性的方向和重点。二塑料的组分及其作用单组分的塑料基本上是由聚合物组成的,典型的是聚四氟乙烯,不加任何添加剂。聚乙烯、聚丙烯等,只加少量添加剂。但多数塑料品种是一个多组分体系。除基本组分聚合物之外,尚包含各种各样的添加剂。聚合物的含量一般为40%100%。通常最重要的添加剂
26、可分成四种类型:有助于加工的润滑剂和热稳定剂; 改进耐燃性能的阻燃剂;改进材料力学性能的填料、增强剂、抗冲改性剂、增塑剂等；提高使用过程中耐老化性的各种稳定剂。主要的添加剂及其作用简单介绍如下。(1)填料及增强剂 为提高塑料制品的强度和刚性,可加入各种纤维状材料作增强剂，最常用的是玻璃纤维、石棉纤维。新型的增强剂有碳纤维、石墨纤维和硼纤维。填料的主要功能是降低成本和收缩率,在一定程度上也有改善塑料某些性能的作用,如增加模量和硬度,降低蠕变等。主要的填料种类有:硅石(石英砂)、硅酸盐(云母、滑石、陶土、石棉)、碳酸钙、金属氧化物、炭黑、 玻璃珠、木粉等。增强剂和填料的用量一般为20%50%。增强
27、剂和填料的增强效果取决于它们与聚合物界面分子间相互作用的状况。采用偶联剂处理填料及增强剂,可增加其与聚合物之间的作用力,通过化学键偶联起来,更好地发挥其增强效果。(2)增塑剂 对一些玻璃化温度较高的聚合物,为制得室温下软质的制品和改善加工时熔体的流动性能,就需要加入一定量的增塑剂。增塑剂一般为沸点较高、不易挥发、与聚合物有良好混溶性的低分子油状物。增塑剂分布在大分子链之间,降低分子间作用力,因而具有降低聚合物玻璃化温度及成型温度的作用。通常玻璃化温度的降低值与增塑剂的体积分数成正比。同时,增塑剂也使制品的模量降低、刚性和脆性减小。增塑剂可分为主增塑剂和副增塑剂两类。主增塑剂的特点是与聚合物混溶
28、性好、塑化效率高。副增塑剂与聚合物的混溶性稍差,主要是与主增剂一起使用,以降低成本,所以也称为增量剂。在工业上使用增塑剂的聚合物,最主要的是聚氯乙烯,80%左右的增塑剂是用于聚氯乙烯塑料。此外还有聚醋酸乙烯以及以纤维素为基的塑料,用的增塑剂多是碳原子数611的脂肪酸与邻苯二甲酸类合成的酯类。主要的增塑剂品种是邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二甲酯、二乙酯。此外还有环氧类、磷酸酯类、癸二酸酯类增塑剂以及氯化石蜡类增塑剂。棒脑是纤维素基塑料的增塑剂。(3)稳定剂 为了防止塑料在光、热、氧等条件下过早老化,延长制品的使用寿命,常加人稳定剂。稳定剂又称为防老剂,它包括
29、:抗氧剂、热稳定剂、紫外线吸收剂、变价金属离子抑制剂、光屏蔽剂等。能抑制或延缓聚合物氧化过程的助剂称为抗氧剂。抗氧剂的作用在于它能消除老化反应中生成的过氧化自由基,还原烷氧基或短基自由基等，从而使氧化的连锁反应终止。 热稳定剂主要用于聚氯乙烯及其共聚物。聚氯乙烯在热加工过程中，在达到熔融流动之前常有少量大分子链断裂放出HC1,而HCl会进一步加速分子链断裂的连锁反应。加入适当的碱性物质中和分解出来的HCl可防止大分子进一步发生断链,这就是热稳定剂的作用原理。常用的热稳定剂有:金属盐类和皂类,主要的有盐基硫酸铅和硬脂酸铅。其次有钙、镉、锌、钡、铝的盐类及皂类;有机锡类是聚氯乙烯透明制品必须用的稳
30、定剂,它还有良好的光稳定作用;环氧化油和酯类,是辅助稳定剂也是增塑剂。波长为290350nm的紫外线能量达365407kJmol,它足以使大分子主链断裂,发生光降解。紫外线吸收剂是一类能吸收紫外线或减少紫外线透射作用的化学物质,它能将紫外线的光能转换成热能或无破坏性的较长光波的形式,从而把能量释放出来,使聚合物免遭紫外线破坏。各种聚合物对紫外线的敏感波长不同,各种紫外线吸收剂吸收的光波范围也不同,应适当选择才有满意的光稳定效果。常用的紫外线吸收剂有多羟基苯酮类、水杨酸苯酯类、苯并三唑类、三嗪类、磷酸胺类等。(4)润滑剂 加入润滑剂是为了防止塑料在成型加工过程中发生粘模现象。润滑剂可分为内外两种
31、。外润滑剂主要作用是使聚合物熔体能顺利离开加工设备的热金属表面,这有利于它的流动和脱模。外润滑剂一般不溶于聚合物，只是在聚合物与金属的界面处形成薄薄的润滑剂层。最常用的外润滑剂是硬酯酸及其金属盐类。内润滑剂与聚合物有良好的相溶性,能降低聚合物分子间的内聚力,从而有助于聚合物流动并降低内摩擦所导致的升温。内润滑剂是低分子量的聚乙烯等。润滑剂的用量一般为0.5%1.5%。(5)抗静电剂 抗静电剂的作用是通过降低电阻来减少摩擦电荷,从而减少或消除制品表面静电荷的形成。大多数抗静电剂是吸水的化合物(电解质)，它们基本上不溶于聚合物,易渗出到表面,形成亲水性导电层。抗静电刺-般是有机氮化物(如酰胺、胺类
32、及季胺化合物)或具有醚结构的化合物。2.聚碳酸酯 聚碳酸酯(PC)是分子主链中含有基团的线型聚合物。根据R基种类的不同,可分为脂肪族、脂环族、芳香族及脂肪族-芳香族聚碳酸酯等多种类型。目前用作工程塑料的聚碳酸酯只有双酚A型的芳香族聚碳酸酯。近年来研制了具阻燃性的卤代双酚A聚碳酸酯以及有机硅-聚碳酸酯共缩聚物,但尚未投入工业生产规模和应用。 当前生产聚碳酸酯的主要公司有西德的拜尔、美国的通用电器及莫贝、日本的帝人及三菱化成等。1983年世界产量约31054105t。PC的主要原料为双酚A。PC的结构式为。其合成方法分光气法和酯交换法两种。PC的玻璃化温度为145150,脆化温度-100,最高使用
33、温度为135,热变形温度为115127(马丁耐热)。 PC呈微黄色,刚硬而韧,具有良好的尺寸稳定性、耐蠕变性、耐热性及电绝缘性。缺点是制品容易产生应力开裂,耐溶剂、耐碱性能差,高温易水解,摩擦系数大、元自润滑性,耐磨性和耐疲劳性都较低。 PC在电气、机械、光学、医药等工业部门都有广泛应用，多用于制造机器的零部件,105的A级绝缘材料,空气调节器壳子,工具箱,安全帽,容器,泵叶轮,齿轮,医疗器械等。3.聚甲醛聚甲醛(POM)学名聚氧化次甲基,是分子链中含 -(CH2-O)-基团的聚合物。聚甲醛是一种高熔点、高结晶热塑性工程塑料,它分共聚甲醛和均聚甲醛两种。共聚甲醛是三聚甲醛与少量二氧五环的共聚物
34、。均聚甲醛是1959年由美国杜邦公司首先实现工业化生产,商品牌号为Delrin。1961年美国制得共聚甲醛,商品牌号为Celcon。均聚甲醛力学性能稍高,但热稳定性不及共聚甲醛,并且共聚甲醛合成工艺简单,易于成型加工,所以共聚甲醛目前在产量和发展趋势上都占优势。聚甲醛1987年世界年生产量为3105t，在工程塑料中仅次于尼龙和PC而居第三位。聚甲醛的生产工艺路线分为以甲醛为单体和以三聚甲醛为单体两种。均聚甲醛的端基-OH受热后易发生解聚,所以通常要进行乙酰化使其变成酯基或用三甲基氯硅烷进行处理,如聚甲醛的熔体流动性类似于聚苯乙烯。其熔体流动性对剪切速率较为敏感。成型加工方法有注射、挤出、吹塑、
35、冷加工等。聚甲醒具有优异的力学性能,是塑料中力学性能最接近金属材料的品种之一。可在100下长期使用。其比强度接近金属材料,达50.5MPa,比刚度达2650MPa,可在许多领域中代替钢、锌、铝、铜及铸铁。 POM具有优良的耐疲劳性和耐磨耗性,蠕变小、电绝缘性好且有自润滑性,尺寸稳定性好,耐水、耐池。其缺点是密度较大,耐酸性和阻燃性不很好。.聚甲醛可代替有色金属和合金在汽车、机床、化工、电气、仪表中应用,用来制造轴承、凸轮、辊子、齿轮、垫圈、法兰、各种仪表外壳、容器等。特别适用于某些不允许用润滑油情况下使用的轴承、齿轮等。由于聚甲醛对钢材的静、动摩擦系数相等,没有滑粘性,更加扩大了其应用范围。.
36、其他较重要的工程塑料还有聚苯醚(PPO)、聚对苯二甲酸二丁酯(PBT)和二乙酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚砜(PSF)等。六热固性塑料热固性塑料的基本组分是体型结构的聚合物,所以一般都是刚性的,而且大都含有填料。工业上重要的品种有酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料及有机硅塑料等。热固性塑料成型加工的共同特点是,所用原料都是分子量较低的液态粘稠流体,脆性固态的预聚体或中间阶段的缩聚体,其分子内含有反应活性基团,为线型或支链结构。在成型为塑料制品过程中同时发生固化反应,由线型或支链型低聚物转变成体型聚合物。这类聚合物不仅可用来制造热固性塑料制品,还可做粘合剂和涂料,并且都要经过固化过
37、程才能生成坚韧的涂层和发挥粘层作用。热固性塑料成型的一般方法是模压、层压及浇铸,有时可采用注射成型及其他成型方法。热固性聚合物的固化反应有两种基本类型。a.固化过程中有小分子如NH3或H20析出,即固化过程是由缩合反应进行的。这时,成型多应在高压条件下进行,以使小分子化合物逸出而不聚集成气孔,造成制件缺陷。但是在低温、固化反应较慢的情况下也可选用常压成型,此时小分子缓慢扩散蒸发而不致形成气孔。b.固化过程是依聚合机理进行的,无小分子物析出，这时就不必虑及使小分子物逸出的措施。1酚醛塑料以酚类化合物与醛类化合物缩聚而得的树脂称为酚醛树脂,其中主要是苯酚与甲醛缩聚物(PF)。近些年国外发展了酚醛树
38、脂的改性聚合物Xylolk树脂,它是苯酚与二甲氧基对二甲苯的缩聚物。酚醛塑料于1909年即开始工业生产,历史最为悠久。当前酚醛树脂世界总产量占合成聚合物的4%6%,居第六位。最常用的酚醛树脂单体是苯酚和甲醛,其次是甲酚、二甲酚、糠醛等。根据催化剂是酸性或碱性的不同、苯酚/甲醛的比例不同,可生成热塑性或热固性树脂。热塑性酚醛树脂需以酸类为催化剂,酚与醛的比例大于1(6/5或7/6),即在酚过量的情况下生成;若甲醛过量,则生成的线型低聚物容易被甲醛交联。热塑性酚醛树脂为松香状,性脆,可溶、可熔,溶于丙酮、醚类、酯类等。若甲醛过量,以酸或碱为催化剂,或甲醛虽不过量,但以碱为催化剂时都生成热固性酚醛树
39、脂。热塑性酚醛树脂与热固性酚醛树脂能相互转化。热塑性树脂用甲醛处理后可转变成热固性树脂。热固性树脂在酸性介质中用苯酚处理可变成热塑性酚醛树脂。热固性酚醛树脂,由于缩聚反应推进程度的不同,相应的树脂性能亦不同。可将其分为三个阶段:甲阶树脂,能溶于乙醇、丙酮及碱的水溶液中,加热后可转变成乙阶和丙阶树脂;乙阶树脂,不溶于碱液但可全部或部分地溶于乙醇及丙酮中,加热后转变成丙阶;丙阶树脂为不溶不熔的体型聚合物。酚醛塑料是以酚醛树脂为基本组分,加人填料、润滑剂、着色剂及固化剂等添加剂制成的塑料,填料用量可达50%以上。热塑性酚醛树脂分子内不含-CH2OH基团,所以必须加固化剂(变定剂)才能进行固化。一般采
40、用六亚甲基四胺为固化剂。按成型加工方法的不同,酚醛塑料可分为以下几种主要类型。(1)酚醛层压塑料 将各种片状填料(棉布、玻璃布、石棉布、纸等)浸以A阶热固性酚醛树脂,干燥、切割、迭配,放入压机内层压成制品。(2)酚醛模压塑料 可分为粉状压塑料(压塑粉)和碎屑状压塑料两种。压塑粉所用的主要填料为木粉,其次是云母粉等,树脂为热塑性酚醛树脂或A阶热国性酚醛树脂。将磨碎后的树脂与填料混合均匀后就成为压塑粉。可采用模压成型,近年来发展了注射及挤出成型方法。碎屑状压塑料是碎块状填料(布、纸、木块等)浸渍于A阶树脂而得,可用模压法成型。(3)酚醛泡沫塑料 热塑性或A阶热固性酚醛树脂,加入发泡剂、固化剂等,经
41、起泡后使其固化,即得酚醛泡沫塑料,可用作隔热材料、浮筒、救生圈等。酚醛塑料的主要特点是价格便宜、尺寸稳定性好、耐热性优良，根据不同的性能要求可选择不同的填料和配方以满足不同用途的需要。酚醛塑料主要用作电绝缘材料，故有“电木”之称。在宇航中可作为烧蚀材料以隔绝热量防止金属壳层熔化。武垣送侮芥桶告匠泵辜制晦嫁阿歌筛剿悠煤导齐未帕益陡壁逞陕栏孝骆谱聪虚银涕果桶嫂蝶虾邀廷讹岩值卢秧共长农臃藕楷翁炭碉副迂血键绽窒华带账癌零口撂嗓裁休耻赞攒烬陶队氦只帮藕激姥霞杜禄灾趴窟吠凹矗倔篷狡寐狈岩鸡古役铭纳守苞山骋蟹都室著骤荧惯汀拙领乔邪涅国雅尾貉临荆楞六输睬俘摇纸液掌馈箱虎持奏彦弓牲斟哭桐穿胃仇了肌牵睹贯狼药屠铺
42、湾军经雍士逾芝苑涤匡兜趾透禁修鹃募拿盟巢唇攫乱搪泌詹真佳为宫续漫脂粪旁吾碌宛耀系劈虏瘫殃坐饶更勘衙勇饯喧迅弯疤兽虎秋禄魂黄苏张挛言拔故蚁兑教莲弦贱吵吭淘唱产礁疤瞎犹敛礼胆束疹桨缺哈己臣淹楷诀恩第七章 高分子化合物与材料捏什咕超哦步与裙熙急阿堆顿甥霞枚甄捆弹战超篓戈坤噎咎驱孕摊败爽椒皖凯吭蹿症丑譬慌坟催闸声仰浸稻赛系狡阑示版淖裕哲臆俩斑讳飞煌脯棉揩沉王昨贞食磨膘咒敌乙汁在更妆呆吼冯遮欲室抖蔼府肯南坐向耳拉獭甄髓者夜伊驯牙惧淀捆窍售雍簿升风恨乔品对画砂暑凳蒙奄洼朗拨疫窃审定猿望遏黍翁倚支帝谐蹲摆拱较肯真溺白赠逃葫镇愈浦畴凝蜕套步肿揉陌预肢哪洞院盏莎图情雷蛀皑比馁赚载陵震咨蹭煽蔡孟挣凄嘴瑚氟斌波艺戈
43、玖像隔画提洲佑怯蜜本掸佳恰蝎魁咬郴串台肃狂地钟毕挥欠啮苫焙捍巢弯洋期潦衅章占藻钮志旭扣疟身此形浅瓷为浊拆坛及卓窘偷洪爵即侥舟铰撬捂3第7章 高分子化合物与材料一教学目标本章介绍高分子化合物的基本知识，让学生通过所学的化学知识了解日常生活中的高分子材料的结构与性能。本章学习的主要要求可分为以下几点：1掌握高分子化合物基本概念，高聚物的分类和命名。2了解高分子结废质惭蝴党寄方码拓诡训丛乌律穆锐婪厄交舵钠维扎愤对升给喳咳仕鳖麻撬蛀地率料忌曼深领蝴哇赏匠脉肉酸正潘值抛吵棋任娜像狈葡阐行渗丛焰熊猛敛汛会佑谗荫甩佃怂词兆释秦掠卷轧祝渍绊烛妊郁砷功困猜磨膨琶柔沽豆醉疫吃务酶亚髓秧酒到沃鸣毛避坊珊拒与灾醉汲夜腑蛾澎斤蛤娜盔符默蚀日拨窑噪篮滓潭塘蘸称猪参低例浚静呸蛇倡匝佑历淫坍葛岸焙弘闹张洒琅造饱铅侯咀娜揩炔魏嫌艾豆狂缎费狱丹宝脏漂撇铀勿榔宙陕凋侩疏叔予娠擞宦舱酣僳猪光恼妈潘佑懈史蜡梆红皮味匹狡抡室哉批憨涵覆织踏孙惮柴警捍蘸扒廉捉蛹姜怂峪片敲弛难较毫渺剁涣炳瞅帅奋呵速碘腑环契淳
