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1、第十一章第十一章 建筑塑料与胶粘剂建筑塑料与胶粘剂第十一章第十一章 合成高分子材料合成高分子材料 11.1 11.1 合成高分子材料的基本知识合成高分子材料的基本知识一、一、 聚合物及其分类聚合物及其分类（一）聚合物（一）聚合物 其分子量虽然很大，其分子量虽然很大，但化学组成都比较简单，但化学组成都比较简单，是由简单的结构以重复方式连接起来而形成的。是由简单的结构以重复方式连接起来而形成的。例如，聚氯乙烯的结构例如，聚氯乙烯的结构式为：式为：聚合度聚合度链节链节聚合度聚合度代表重复单元数，它是衡量高聚物分于最大小的一个指标。 链节：重复的结构单元链节：重复的结构单元 一种高分子化合物是许多结构
2、和性质相类似而聚合度一种高分子化合物是许多结构和性质相类似而聚合度不完全相等的高分子的混合物。不完全相等的高分子的混合物。由低分子单体合成高聚物的反应称作聚合反应，根据单体和聚合物的组成和结构所发生的变化，聚合反应可分成加聚反应和缩聚反应两大类。 （二）聚合物的分类1. 1.按化学反应分为两大类。按化学反应分为两大类。 （1 1）加聚树脂：加聚树脂：由含有不饱和键的低分子化由含有不饱和键的低分子化合物合物( (称为单体称为单体) )经加聚反应而得。经加聚反应而得。 加聚反应特点：加聚反应特点： 无副产品无副产品 化学组成与单体的化学组成基本相同。化学组成与单体的化学组成基本相同。 加聚物的分子
3、量是单体分子量的整数倍。加聚物的分子量是单体分子量的整数倍。 均聚物均聚物由一种单体加聚而得。由一种单体加聚而得。共聚物共聚物由两种或两种以上单体加聚而得。由两种或两种以上单体加聚而得。 命名方法：在单体名称前冠以命名方法：在单体名称前冠以“聚聚”字字（2 2） 缩聚树脂：一般由两种或两种以上含有官缩聚树脂：一般由两种或两种以上含有官能团的单体经缩合反应而得。能团的单体经缩合反应而得。 缩聚缩聚反应特点：反应特点： 有副产品有副产品水、氨、醇等低分子化合物水、氨、醇等低分子化合物 缩聚树脂的化学组成与单体的化学组成完缩聚树脂的化学组成与单体的化学组成完 全不同。全不同。 命名方法：在单体名称后
4、冠以命名方法：在单体名称后冠以“树脂树脂”两字两字 （一）高聚物的高聚物的几何形状与性质几何形状与性质二、高聚物的结构与性质二、高聚物的结构与性质二、高聚物的结构与性质二、高聚物的结构与性质 高分子化合物结构1.线型结构分子中的主链原子，常排列成一长链 形状，长链上接有或多或少长短不一的支链。受热时，可熔，也能可溶于特定的 有机溶剂。具有弹性和塑性。由于其中少量支链使分子间距增大，结构变松， 从而机械强度降低，溶解能力和可塑性增高。常用的 有聚乙烯、聚氯乙烯等。2.支链型结构化合物的主链也是长链形状，但带 有大量的支链，并围绕在主链四周使分子成为球型 (有时又称球型结构)，其强度和弹性都不及线
5、型结构高，无显著熔点，但具有良好的溶解能力。如酚醛树脂、脲醛树脂在制备过程中的中间产物。3.网状结构分子的主链也是长链分子，但被横键所交联成网状，不熔化，但 能变软具有塑性，不溶解，但能溶胀。如硫化橡胶。 4.体型结构分子中的长链在三度空间与其他许多分子发生交联而成，也可在单体聚合过 程逐步交联而形成。 体型结构的高聚物硬而脆，无弹性和塑性，既不熔化，也不溶解。酚醛、脲醛、环氧、聚酯等树脂交联的最终产物。 强度较低、弹性模量小、强度较低、弹性模量小、变形较大、耐热性较差、变形较大、耐热性较差、耐腐蚀性较差，可溶可熔。耐腐蚀性较差，可溶可熔。线型结构线型结构线型结构线型结构强度较高、弹性模量较高
6、、强度较高、弹性模量较高、变形较小、耐热性较好、变形较小、耐热性较好、耐腐蚀性较高、不溶不熔、耐腐蚀性较高、不溶不熔、较硬脆并且多没有塑性。较硬脆并且多没有塑性。体型结构体型结构体型结构体型结构可反复加热软化，可反复加热软化，可反复加热软化，可反复加热软化，冷却硬化冷却硬化冷却硬化冷却硬化（线型结构线型结构线型结构线型结构）热塑性树脂热塑性树脂热塑性树脂热塑性树脂 热塑性树脂一般是由具有线型和支化的大分子所组成，加热时分子的活动能力增加，树脂具有一定流动性，在压力作用下能加工成各种形状的制品，冷却后分子重新冻结而失去流动性，这样制品的形状就被固定下来。如果高聚物分子不发生变化，如降解或交联，这
7、一过程就可以反复进行。所以热塑性树脂是可以反复加工的。聚氯乙烯、尼龙等是典型的热塑性树脂。（体型结构）（体型结构）（体型结构）（体型结构）仅在第一次加热时软化，仅在第一次加热时软化，仅在第一次加热时软化，仅在第一次加热时软化，分子间产生化学交联而分子间产生化学交联而分子间产生化学交联而分子间产生化学交联而固化，以后再加热时不固化，以后再加热时不固化，以后再加热时不固化，以后再加热时不会软化的。会软化的。会软化的。会软化的。热固性树脂热固性树脂热固性树脂热固性树脂: : : :热固性树脂在成型前分子且较低而具有可塑性，在成型过程中发生交联而成为体型结构的大分子，从而失去可塑性。热固性树脂成型过程
8、是一个从线型或支链分子交联成体型分子的过程，这一过程是不可逆的。因此固化后的树脂是不能重新加工成型的。例如热固型酚醛树脂加热后不熔化，也不溶于有机溶剂，但在高温下会发生降解 ( (二二) )高聚物的结晶高聚物的结晶为部分结晶，结晶度越高，则高为部分结晶，结晶度越高，则高聚物的密度、弹性模量、强度、聚物的密度、弹性模量、强度、硬度、耐热性、折光系数等越大，硬度、耐热性、折光系数等越大，而冲击韧性、粘附力、断裂伸长而冲击韧性、粘附力、断裂伸长率、溶解度等越小，晶态高聚物率、溶解度等越小，晶态高聚物一般为不透明或半透明的。一般为不透明或半透明的。按结晶性能按结晶性能晶态高聚物晶态高聚物非晶态高聚物非
9、晶态高聚物晶态高聚物晶态高聚物非晶态高聚物非晶态高聚物一般为透明的一般为透明的非晶态高分子化合物非晶态高分子化合物中，常具有三种力学中，常具有三种力学性能不同的性能不同的 状态：状态：玻璃态、高弹态、粘玻璃态、高弹态、粘流态。流态。由于这三种状态是在由于这三种状态是在不同的温度范围内出不同的温度范围内出现，因而也称为热现，因而也称为热机械状态。机械状态。（三）高聚物的变形与温度（三）高聚物的变形与温度非晶态高聚物之所以具有这几种不同的聚集状态，是由于大分子链的结构特点所决定 的。该大分子链有两种运动单元，一种是大分子链的整体，一种是链中的个别链段。这是由 于链型分子中，相邻原子基团的旋转自由，
10、使得同一分子相距较远的各部分的运动几乎不相 关。在高聚物内部大分子之间存在着分子间的作用力，所以它们不易活动。这使高聚物具有 固定的特性，有很高的粘度，甚至有的高聚物在高温下也不能流动。另一方面，由于高分子链 节的不断内旋转，以致链段可以独立活动，这就使高聚物具有非常大的弹性和一定程度的柔 顾性。高聚物的许多特性，都是由高分子的这种两重性所决定的。 (一)玻璃态 1.玻璃态：高分子化合物处于过低温度下，所有分子间的运动和链段的运动都停止了，整个物质表现为非晶态的硬脆固体，和无机玻璃一样；当加外力时，产生瞬时变形，外力除去后，立即恢 复原状，所以叫玻璃态。2.玻璃态温度(Tg) ：高分子化合物转
11、化为玻璃态时温度。3.塑料的Tg高于室温，常温下呈玻璃态的非晶态高聚物。4.脆化温度(Tb)：玻璃态高聚物低于Tg的某一温度时，分子振动也被“冻结”，这时加以外力，会出现不能 拉伸的脆性现象，这个温度为脆化温度(Tb)。塑料在Tb- Tg之间的温度 范围内使用时，不会脆裂，且具有一定的强度。 T T Tg Tg ，为硬脆的玻璃体，处于玻璃态。，为硬脆的玻璃体，处于玻璃态。(二)高弹态 1.高弹态：高聚物在不大的外力作用下，就会慢慢产生 数倍的变形，除去 外力后，又会慢慢恢复原状，这种状态叫高弹态。2.高弹态聚合物的变形是可逆的，并且 温度越高，恢复平衡的速度越快，这种变形称为高弹变形。 3.橡
12、胶的玻璃化温度低于室温，常温下呈高弹态。 当当T T Tg Tg时，高聚物产生大的弹性变形，进入高弹态。时，高聚物产生大的弹性变形，进入高弹态。(三)粘流态1.粘流态：温度继续上升，整个体系成为可以流动的粘稠液体，给以外力，分子间产生滑动而变形，除 去外力后，不能恢复原状，这时的状态称为粘流态2.粘流态温度(Tf):高聚物进入粘流态时的温度。当T Tf时，高聚物产生塑性变形，进入粘流态。如果将温度降低到了以如果将温度降低到了以 下，形状就被固定下来，利用下，形状就被固定下来，利用高聚物的这种特性，进行某些高聚物的加工塑造成。高聚物的这种特性，进行某些高聚物的加工塑造成。玻璃态、高弹态、粘流态是
13、玻璃态、高弹态、粘流态是三种力学三种力学状态，状态，这这 种状态的改变种状态的改变并不是相变并不是相变。玻璃化温度是塑料的最高使用温度，玻璃化温度是塑料的最高使用温度，玻璃化温度是塑料的最高使用温度，玻璃化温度是塑料的最高使用温度，玻璃化温度是橡胶的最低使用温度。玻璃化温度是橡胶的最低使用温度。玻璃化温度是橡胶的最低使用温度。玻璃化温度是橡胶的最低使用温度。热塑性树脂与热固性树脂在成型时均处于粘流态。热塑性树脂与热固性树脂在成型时均处于粘流态。热塑性树脂与热固性树脂在成型时均处于粘流态。热塑性树脂与热固性树脂在成型时均处于粘流态。三、常用合成树脂三、常用合成树脂（一）热塑性合成树脂（一）热塑性
14、合成树脂1. 1. 聚乙烯（聚乙烯（PE)PE)结晶性树脂结晶性树脂低压聚乙烯也称高密度聚乙烯，低压聚乙烯也称高密度聚乙烯，其分子量较高、支链较少、结晶其分子量较高、支链较少、结晶度较高、质地较坚硬。度较高、质地较坚硬。按合成时按合成时的压力分的压力分高压聚乙烯也称低密度聚乙烯，高压聚乙烯也称低密度聚乙烯，分子量较低、支链较多、结晶分子量较低、支链较多、结晶度低、质地柔软。度低、质地柔软。聚乙烯的特性聚乙烯的特性： 透明或半透明物质，密度为透明或半透明物质，密度为0.940.970.940.97g gcmcm3 3，加热时在加热时在80908090下软化，在下软化，在100200100200下
15、熔融。能下熔融。能在在-70-80-70-80下保持弹性。聚乙烯对酸、碱和溶剂作用下保持弹性。聚乙烯对酸、碱和溶剂作用有很好的化学稳定性，耐水性、物理机械性能和电绝缘有很好的化学稳定性，耐水性、物理机械性能和电绝缘性能。性能。 聚乙烯能吸收油类而引起膨胀、变色或泌裂，容易着聚乙烯能吸收油类而引起膨胀、变色或泌裂，容易着火燃烧，并有严重的熔融滴落现象，这会导致火焰的蔓火燃烧，并有严重的熔融滴落现象，这会导致火焰的蔓延。建筑用聚乙烯材料进行阻燃改性。延。建筑用聚乙烯材料进行阻燃改性。聚乙烯的应用：聚乙烯的应用：主要用来制造防水薄膜、防水卷材，管子主要用来制造防水薄膜、防水卷材，管子( (供冷水和浸
16、蚀供冷水和浸蚀性介质输送管性介质输送管) )、电线套管及某些卫生设备、电线套管及某些卫生设备( (冷水箱等冷水箱等) )。2.2.聚丙烯聚丙烯( (PP)PP)（1 1）等规聚丙烯（）等规聚丙烯（I PP I PP ）性质：性质：与聚乙烯接近，与聚乙烯接近，但聚丙烯坚硬。密度是最小的，但聚丙烯坚硬。密度是最小的，约为约为0.900.90g/cmg/cm3 3左右。易燃并容易产生熔融左右。易燃并容易产生熔融滴落现象，滴落现象，离火后不能自熄。但它的耐热性能优于聚乙烯，在离火后不能自熄。但它的耐热性能优于聚乙烯，在100100时仍能保持一定的抗拉强度。其机械性能高于聚时仍能保持一定的抗拉强度。其机械性能高于聚乙烯。耐化学腐蚀性能很好，常温下没有溶剂。但耐低乙烯。耐化学腐蚀性能很好，常温下没有溶剂。但耐低温冲击性能较差，通常要进行增韧改性。温冲击性能较差，通常要进行增韧改性。应用：应用：可制造装饰板、纤维网布、包装袋、薄膜、管子可制造装饰板、纤维网布、包装袋、薄膜、管子和化工设备零件。和化工设备零件。（2 2）无规聚丙烯（）无规聚丙烯（APP APP ）性质：性质：乳白色至浅棕色的橡胶状物质
