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1、第一章 涂料聚合物基础知识第一章 涂料参考书目 1. 涂料工艺编委会编，涂料工艺（上，下），北京：化学工 业出版社，1997.12 2. 倪玉德主编，涂料制造技术，北京：化学工业出版社材料科 学与工程出版中心，2003 3. 马庆麟主编，涂料工业手册，北京：化学工业出版社，2001 4. 东北林学院 主编，胶粘剂与涂料，北京：中国林业出版社， 1981.9 5. 姜英涛编著，涂料基础，北京：化学工业出版社，2004 6. 李兰亭 编，胶粘剂与涂料，北京：中国林业出版社，1992.2 7. 徐秉恺等编著，涂料使用手册，南京：江苏科学技术出版社 ，2000.04 8. (美) D.Satas, A
2、rthur A. Tracton编；赵风清, 肖纪君等译， 涂料涂装工艺应用手册，北京：中国石化出版社，2003 9. 张跃军，王新龙编著，胶粘剂新产品与新技术，南京：江苏 科学技术出版社，2003.03 10. 程时远， 李盛彪， 黄世强编著，胶粘剂，北京：化学工业 出版社精细化工出版中心，2001 11. 宋小平等 编著，胶粘剂制造技术，北京：科学技术文献出 版社，2002第一章 涂料 一、聚合物的基本概念一、聚合物的基本概念 重复单元和链节 结构单元和单体单元 平均聚合度 二、聚合物的基本特征二、聚合物的基本特征 相对分子质量方面的特征相对分子质量方面的特征 结构方面的特征结构方面的特征
3、 聚集态特征聚集态特征 三、聚合物的分类三、聚合物的分类 按聚合物的性能和用途按聚合物的性能和用途 按合成聚合物的聚合反应类型按合成聚合物的聚合反应类型 按聚合物主链结构的化学组成按聚合物主链结构的化学组成 按聚合物大分子结构形态按聚合物大分子结构形态 四、四、聚合物的命名聚合物的命名 一般命名法一般命名法 系统命名法系统命名法 聚合物第一章 涂料一、一、 聚合物的基本概念聚合物的基本概念 聚合物大分子中以共价键相互连接的、重复出现的、小而简单的结构单位。“ “重复单元重复单元” ”似大分子链的一个环节。似大分子链的一个环节。 重复单元重复单元(structural repeating uni
4、t)(structural repeating unit)和链节和链节链节链节: :重复重复结构结构单元单元: :第一章 涂料聚苯乙烯的结构式为聚氯乙烯的结构式为聚乙烯的结构式为聚合物的结构式：聚丁二烯的结构式为第一章 涂料聚醋酸乙烯酯的结构式为聚乙烯-醋酸乙烯共聚物的结构式为聚甲基丙烯酸甲酯的结构式为第一章 涂料 结构单元的结构与单体的结构除电子结构改变结构单元的结构与单体的结构除电子结构改变 外外, , 化学组成相同。化学组成相同。 该结构单元也可称为单体单元。该结构单元也可称为单体单元。 结构单元结构单元(constitutional unit)(constitutional unit)
5、和单体单元和单体单元 涤纶树脂大分子的结构式为结构单元结构单元：单体单元单体单元：重复单元中包括的最小的不能再分的结构单位。重复单元中包括的最小的不能再分的结构单位。第一章 涂料 平均聚合度平均聚合度(average degree of (average degree of polymerizitionpolymerizition) 平均聚合度平均聚合度: 一个大分子中一个大分子中“ “结构单元结构单元” ”的的( (平均平均) )数目。数目。 记作记作Xn 。 对于聚氯乙烯一类大分Xn = n 对于尼龙、涤纶一类大分子 Xn = 2n 聚合物的数均相对分子质量Mn可由下式计算 Mn = M0
6、.n= Xn.M 式中 M0重复单元的相对分子质量； M结构单元的相对分子质量的平均值； n重复单元的数目； Xn结构单元的数目,即平均聚合度。第一章 涂料 聚聚合物的基本特征合物的基本特征分子量大是高分子的根本性质 高分子的许多特殊性质都与分子量大有关，如：高分子的溶液性质：难溶，甚至不溶，溶解过程往往要经过溶胀阶段溶液粘度比同浓度的小分子高得多分子之间的作用力大,只有液态和固态,不能汽化固体聚合物具有一定的力学强度,可抽丝、能制膜。1.1.相对分子质量方面的特征相对分子质量方面的特征分子量大分子量大第一章 涂料 分子量多大才算是高分子？其实，并无明确界限，一般 高分子的强度与分 子量密切相
7、关- - - - - Mn , Mv介于Mn和Mm 之间，而接近 Mm ,如图1.2所示。 图1.1 相对分子质量分布曲线a- 典型分布曲线;b- 分布较宽的曲线图1.2 相对分子质量间的关系W(x)MnMMmMVW（x）Mab第一章 涂料 相对分子质量分布(分布曲线和分布系数 ) 相对分子质量分布曲线 把一个聚合物试样按相对分子质量大小分成若干级分,测 定每一级分的相对分子质量和质量,并且计算出其质量分数。 以相对分子质量M为横坐标,质量分数w(x)为纵坐标作图, 得一曲线.该曲线为相对分子质量分布曲线。 如图1.1和图1.2 所示。 相对分子质量分布系数 称为相对分子质量分布系数。 其值大
8、于或等于1。第一章 涂料 结构方面的特征 聚合物存在着多重结构,即所谓一次结构、二次结构和三次 结构。 一次结构 一次结构是指与聚合物的结构单元有关的结构。 结构单元的化学组成 由于结构单元的化学组成不同,才构成了品种繁多的聚合物, 聚合物的种类就是以结构单元的化学组成为基础而划分的。 结构单元的序列结构 指结构单元之间的键接次序。 在自由基聚合过程中,由于连接几率的关系,虽然大部分结构 单元是以“头-尾” “头-尾”连接,但 也有部分结构单元是 以“头-头”或“尾-尾”连接。第一章 涂料 全同立构体、间同立构体和无规立构体。 结构单元的构型(configuration)以聚丙烯为例第一章 涂
9、料全同立构体间同立构体无规立构体第一章 涂料二烯烃聚合时,除1,2加成、3,4加成外,还有1,4加成：1,2加成、3,4加成同样可形成全同立构体、间同立构体、和无规立构体。第一章 涂料(a)(b)1,4加成形成的大分子中有顺式和反式之分。如图1.4所示。a-顺式-1,4聚异戊二烯立体结构;b-反式-1,4聚异戊二烯立体结构 图1.4 聚异戊二烯的立体异构体第一章 涂料 二次结构 聚合物的二次结构是涉及单个大分子的构像(conformation)的结构。 构像和构型不同,构型属于一次结构的范畴, 构像是属于二次结构的范畴。 二次结构的运动单元不是单个重复单元,也不是整个大分子,而是由若干重复单元
10、形成的链段。 线型大分子可以处于伸展的链、无规线团、折叠链和螺旋链；支化交联大分子可以是支化链、星型链、梳型链和交联的链 。 三次结构 三次结构亦称为高次结构。在单个大分子的二次结构的基 础上,许多大分子聚集成聚合物材料产生了三次结构。P18第一章 涂料a-无规线团；b-伸展链；c-折叠链；d-螺旋链；e-星型链 ； f-支化链;g-梳型链；h-轻度交联的链；i-重度交联的链图1-5 聚合物的二次结构至26第一章 涂料a-折叠链结晶;b-二重螺旋;c-无规线团微胞; d-粉条状;e-流苏状 图1.6 聚合物的三次结构至26第一章 涂料由于聚合物大分子的结构不同,排列的规整性不同,可能形成结晶聚
11、合物或无定型聚合物。 无定型聚合物 对于无定型聚合物加热到一定的温度,由硬而脆的玻璃态变为高弹态,如果继续加热则由高弹态转变为粘流态。无定型聚合物的力学三态：玻璃态、高弹态和粘流态 由玻璃态转变为高弹态的温度称为玻璃化温度,记作Tg ,由高弹态转变为粘流态的温度称为粘流温度,记作Tf。 结晶聚合物 结晶聚合物中存在着或多或少的无定型区,因而其结晶度不 如小分子来得高,宏观上表现出没有固定的熔点Tm,而是一个熔点范围。结晶聚合物加热到一定温度,可能直接进入粘流态。第一章 涂料图1-7 形变-温度关系曲线A-玻璃态；B-高弹态；C-粘流态形变温度/TgTfABCn 聚集态特征 n 聚合物没有气态，
12、只有固态和液态。第一章 涂料vv三、三、 聚合物的分类聚合物的分类v 按聚合物的性能和用途分类v塑料用聚合物、合成纤维用聚合物、合成橡胶用聚合物和其它聚合物(涂料、合成胶粘剂和离子交换树脂等)四类。 v 塑料(plastics)用聚合物 v塑料:以聚合物为基体材料,添加适当的助剂(增塑剂、润滑剂、填料和抗氧剂等),经过混炼、造粒所制成的可以进行塑性加工的高分子材料称为塑料。v塑料中的基体材料为塑料用聚合物。 v热塑性塑料(thermo plastic) 和热固性塑料 (thermosettion plastic) 第一章 涂料 v 根据塑料受热时行为的不同,将其分为热塑性塑料和热固性塑料。 v
13、 热塑性塑料是可以反复进行成型加工的塑料。 v 热塑性塑料中的基体材料是热塑性聚合物。v 热固性塑料只能进行一次成型加工的塑料。v 热固性塑料中的基体材料为含有反应性基团的线型略带支链的低聚物,其经成型加工时与固化剂发生反应,变为体型交联的热固性聚合物)。v 通用塑料和工程塑料 v根据塑料的性能、产量、成本和使用情况将塑料分为通用塑料和工程塑料。v通用塑料产量大、成本低、应用面广、性能多样化，主要用于日用品或一般的工农业用品。第一章 涂料 v 工程塑料是指可以做为工程材料的塑料，可以代替金属材料做机器的零部件。 v 合成纤维用聚合物v 合成纤维：以聚合物为基体材料加入适当的助剂(溶剂,防静电剂
14、、柔顺剂和染料等)配制成的可以进行抽丝加工的高分子材料称为合成纤维。 v 合成纤维中的基体材料为合成纤维用聚合物。v 合成橡胶用聚合物 v 合成橡胶：以聚合物为基体材料,添加适当的助剂(如硫化剂、硫化促进剂、防老剂和填料等),经过塑炼，使其具有可塑性，经加热、加压交联后成为具有高弹性的高分子材料为合成橡胶。 v 合成橡胶中的基体材料称为合成橡胶用聚合物。第一章 涂料 v 塑料、纤维和橡胶用聚合物很难严格的区别开来。v 其它 v 在合成树脂和塑料的基础上,又衍生出胶粘剂、涂料、离子交换树脂和特种高分子化合物等。 v 按合成聚合物的聚合反应类型分类 v 加聚高聚物(addition polymer) v 以加成聚合反应(属于连锁聚合的范畴)合成的高聚物称为加聚高聚物(简称加聚物) 。v 如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等。v 缩聚高聚物(c
