《包装材料》PPT课件

第一章高分子包装材料基础知识,高分子包装材料,高分子包装材料种类：塑料橡胶纤维织物黏合剂涂料,第一节高分子化合物的合成机理,基本概念,通常，高分子的分子量在10000以上。分子量大是高分子化合物最基本的特性。一般说来，高分子化合物具有较好的强度和弹性，而低分子化合物则没有高分子化合物包括有机高分子和无机高分子化合物天然:棉、麻、丝、毛合成:合成塑料、合成橡胶、合成纤维等聚合物(高聚物)：除蛋白质以外的合成高分子化合物,第一节高分子化合物的合成机理,基本概念,1单体、聚合度、平均分子量高分子化合物又称为高聚物，物质由低分子化合物到高分子化合物的转变过程，称为聚合，聚合以前的低分子化合物称为单体聚乙烯树脂的聚合:nCH2CH2-CH2CH2-n-高分子化合物是由特定的结构单位多次重复组成的。其中特定的结构单位，称为链节(单元)；单元的重复个数，称为聚合度高分子化合物的分子量=链节分子量聚合度高分子化合物的分子量，通常指的是平均分子量。,结构单元、单体单元、重复单元1)nCH2=CCLH-CH2-CCLH-CH2-CCLH-2)H2N(CH2)6NH2+HOOC(CH2)4COOHHN(CH2)6NHCO(CH2)4COn,第一节高分子化合物的合成机理,基本概念,平均分子量：若聚合物的相对分子质量，聚合度为n，重复单元的相对分子质量为，则,第一节高分子化合物的合成机理,基本概念,第一节高分子化合物的合成机理,基本概念,高分子化合物都是由许多化学结构组成相同、分子链链节数不等的同系高分子组成的混合物，高分子化合物具有的这种特性称做高分子化合物分子量的多分散性。特性：1.分子量增加时，它的拉伸强度及刚性增加，但流动性下降。2.对同一分子量的聚乙烯，当分子量的分布范围增加时，它的抗蠕变能力增加，耐低温脆性及耐应力开裂性提高，但冲击韧性下降。工业生产上可通过控制分子量的大小及其分布情况得到预期性能的高聚物。,聚合反应：合成聚合物的反应聚合反应分类：按有机化学反应基础：加聚反应缩聚反应引发反应按反应机理：链式聚合反应增长反应终止反应逐步聚合反应,第一节高分子化合物的合成机理,聚合机理,第一节高分子化合物的合成机理,聚合机理,（l）加聚反应分子和分子一个一个相加起来成为一个大分子，称为加聚反应。加聚反应有以下特点：1）反应一旦开始，就进行得很快，直到形成最后产物为止，中间不能停留在某阶段上，也得不到中间产物；2）链节的化学组成和单体的化学组成相同；3）反应中没有小分子副产物生成约有80的高分子材料是由加聚反应得到的，例如聚烯烃塑料、合成橡胶等。,Chainpolymerization,additionpolymers,eg.additionreactionnCH2=CH(CH2-CH)nXXHHCH2=CH2HC-CnHHH,Chainpolymerization,additionpolymers,eg.condensationreactionOOHO(CH2)6OH+HO-C(CH2)C-OHOOHO(CH2)6OH-C(CH2)C-OH+H2O,（2）缩聚反应缩聚反应是由相同或不同的低分子物质聚合，在生成高聚物的同时常有H2O、NH3、卤化氢、醇等低分子物质的析出。所得到的高聚物，其组成与原料物质的组成不同。通过物理或化学方法，来提高现有高聚物的综合性能。这个措施称为高分子化合物的改性。,第一节高分子化合物的合成机理,聚合机理,（2）缩聚反应缩聚反应的特点如下：缩聚反应是由若干个化合反应构成的，因此它是逐步进行的，也就是缩聚反应可以停留在某阶段上，可以得到中间产物；缩聚产物链节的化学结构和单体的化学结构不完全相同；在缩聚过程中总有小分子副产物折出。缩聚反应有很大的实用价值，酚醛树脂、环氧树脂、聚酰胺、有机硅树脂以及许多其它塑料等都是用缩聚反应合成的。,第一节高分子化合物的合成机理,聚合机理,链式聚合反应引发反应增长反应终止反应引发反应：有机物质或单体分子在一定的条件下发生均裂反应，变成引发剂自由基或单体自由基,第一节高分子化合物的合成机理,聚合机理,链式聚合反应引发反应增长反应终止反应增长反应：体系中出现的最初单体自由基，再和第二个单体分子作用，生成新的活性中性，新的活性中心再和第三个单体分子作用，有生成新的活性中心。反应如此继续，分子链越来越大。,第一节高分子化合物的合成机理,聚合机理,链式聚合反应引发反应增长反应终止反应终止反应：两个活性链相互作用或一个活性链和另一种物质作用时，活性中心同时消失，不再有新的活性中心生成。终止反应：重合终止反应：两个生长着的大分子链相互作用，未成对电子相互结合成一稳定的共价键，变成一稳定的大分子链，活性中心消失。歧化终止反应：两个生长着的大分子链相互作用，一个由于端基生成双键而终止，另一个则由于末端炭原子价键饱和而稳定。,第一节高分子化合物的合成机理,聚合机理,第一节高分子化合物的合成机理,聚合机理,逐步聚合反应：通过一种或几种低分子化合物进行分子间的相互缩合反应，反应中往往有小分子物质生成。均聚反应：同种单体聚合反应均聚体：同种单体聚合反应得到的聚合物共聚反应：不同种单体聚合反应共聚体：不同种单体聚合反应得到的聚合物,第一节高分子化合物的合成机理,聚合机理,共聚物分类：无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物无规共聚物：E-EEEEPEEEPPEEPPPPEPPPEEEEEEPPEEPPEEE交替共聚物：AABABABABABABABABABABABABABABABABABAB,第一节高分子化合物的合成机理,聚合机理,嵌段共聚物：AAAAAAAAAAAAABBBBBBBBBBAAAAAAAAAA接枝共聚物：,第一节高分子化合物的合成机理,1高分子链的组成与形态线型、支链型和体型,第二节聚合物的物理状态,分子链结构,1高分子链的组成与形态线型，支链型和体型(1)线型高分子的分子间没有化学键结合，受热或受力下分子间可互相移动(流动)，可以在适当的溶剂中溶解，加热时可熔融，易于加工成型(2)支链型高分子的化学性质和线型的相似，支链型高分子也可溶解在许多溶剂中，但二者在物理、机械性能方面有区别：例如，LDPE(支链型)，因为支链破坏了分子的规整性，使其结晶度大大降低；而HDPE(线型)，易于结晶，故在密度、熔点、结晶度和硬度等方面优于LDPE(3)体型高分子：不溶、不熔，但可溶胀；强度，耐热性和抗溶剂性能较高,第二节聚合物的物理状态,分子链结构,第二节聚合物的物理状态,分子链结构,1高分子链的组成与形态物理特性：(1)线型结构的高分子化合物具有弹性和塑性，在适当的溶剂中可以溶胀或溶解，升高温度时则软化、流动。(2)体型结构的高分子化合物，无弹性和塑性，脆性大，不溶于任何溶剂（有的会有一些溶胀），因此也不能熔融。体型结构分子链和分子链之间有许多链节相互交联起来，成为立体结构，体型结构的高分子的形成是按三维空间进行的，像一张不规则的网，因此也称为网状结构。,第二节聚合物的物理状态,分子链结构,由线型转变为支链型、体型的条件：1缩聚过程中单体有三个或三个以上官能团2加聚过程中有自由基的链转移反应发生3双稀烃单体中双键活化4链上产生活性反应点,2高分子链节的柔顺性化合物中，任何一种单键在保持键长、键角不变的情况下所做的旋转运动，称为内旋转由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称为构象。高分子链能够改变其构象的特性称为高分子材料的柔顺性。理想柔性链：链内旋转是完全自由的，分子间无干扰，链上没有任何原子或基团的阻碍。理想刚性链：大分子的单键内旋转很困难，整个链为一个独立的运动单元,第二节聚合物的物理状态,聚集态结构与性质,第二节聚合物的物理状态,影响柔顺性的因素（l）主链结构分子链越长，柔顺性越好；若主链均由单键组成，柔顺性较好当主链中含有一定数量的芳杂环时，分子链的柔顺性很低，显示出刚性。当主链中含有孤立双键，分子链的柔顺性比不含双键时更好。(2)侧基性质极性侧基的极性越强，柔顺性越差：如PVC和PE非极性侧基，体积越大，刚性越好：如PP与PE；又如：聚异丁稀和PP(3)分子间作用力：随主链或侧基的极性的增加而增加。分子间作用力越大，刚性越好(氢键)(4)分子链的规整性：分子结构越规整，结晶能力越强，柔顺性降低，刚性增强：如PE在通常情况下具有塑性(5)链的长短：分子链短，内旋转的单键数目少，构象数少，刚性好；分子链长，内旋转的单键数目多，构象数多，柔性好,高聚物可分为结晶型与无定形两类。结晶聚合物分子排列规整有序；无定形聚合物分子杂乱不规则。1结晶聚合物结晶度愈大，晶区范围愈大，分子间的作用力愈强，因此强度、硬度、刚度愈高（熔点愈高、耐热性和耐化学性愈好），而与链运动有关的性能如弹性、伸长率、冲击强度等则降低。2无定形聚合物无定形聚合物的结构只是大距离范围内无序，小距离范围内是有序的，即远程无序，近程有序。3聚合物的取向态高聚物在成型加工和使用时，在外力的作用下，高分子链会发生取向，即高分子链沿外力作用的方向排列。高聚物经取向后，力学性能各向异性.,第二节聚合物的物理状态,聚集态结构与性质,高分子结构与高分子结晶能力的关系：1链的对称性：链结构的对称性越高，越容易结晶。例如：聚乙烯和聚四氟乙烯；当对称性破坏后，结晶能力与取代的基团的体积大小和极性大小有关：体系小极性大(-OH)，则结晶能力大；(-CH3)2共聚结构：共聚物的结晶能力间同立构聚合物无规立构聚合物4支化破坏链的对称性和规整性，使结晶能力降低交联限制链的活动性。降低或使结晶不会发生分子间氢键的作用，利于结晶能力提高,第二节聚合物的物理状态,聚集态结构与性质,第三节聚合物的力学状态与转变,玻璃化转变1)根据非晶态聚合物的力学性质随温度变化的特征：玻璃态高弹态黏流态2)玻璃化转变温度：玻璃态向高弹态转变的开始温度，Tg3)黏流态转变温度：高弹态向黏流态转变的开始温度，Tf,第三节聚合物的力学状态与转变,玻璃化转变4)TTTg,高聚物呈橡胶态，具有弹性和形态可变性TTg，高聚物呈皮革态，具有弹性TTm，高聚物呈流体态，具有流动性5)比体积、热焓、比热容、膨胀系数、折光指数、导热系数、介电常数、介电损耗、力学损耗、核磁共振吸收等，在玻璃态转化温度范围，都发生突变或不连续性变化,Variationinspecificvolume,enthalpy,shearmodulusandpermeabilityneartheTg,Diagramofv不带极性基团的聚合物具有良好的耐腐蚀性能；聚四氟乙烯2)分子结构相同时，分子量大的或结晶度高的聚合物，溶解度较小，分子间结合能较高，也就比较耐腐蚀,第五节聚合物的化学性能,包装材料学,聚合物的老化高分子材料在长期使用过程中，由于受到氧、热、紫外线、机械力、水蒸气以及微生物等因素的作用，逐渐失去弹性，出现龟裂，变硬变脆或发粘软化，失去光泽或变色，物理机械性能变差等现象。高分子化合物本身的结构和环境条件等因素造成高分子的交联和高分子的裂解，是引起老化的主要原因。(1)老化以大分子的交联为主时：表现为失去弹性、变硬变脆、出现龟裂等。(2)老化以大分子的裂解为主时：表现为失去刚性、变软发粘、出现蠕变等。蠕变：在一定温度和较小的恒定外力作用下(拉力、压力、扭力)，材料的形变随时间的增加而逐渐增大的现象。,第五节聚合物的化学性能,包装材料学,防老化的主要措施：（1）对高分子化合物的结构进行改性，如将聚氯乙烯氯化，改善其稳定性；（2）添加防老化剂、紫外线吸收剂等，这一类化合物称为稳定剂；（3）表面处理防止老化，即在高聚物表面加上保护层（电镀上金属或涂上涂料），使之与空气、水分、阳光、腐蚀介质等隔绝，可以减缓或防止老化。,聚合物的溶解性1)聚合物在溶剂中首先是溶剂分子进入大分子链间，产生溶胀现象。一定时间后，大分子中所有的链段都与溶剂分子结合，大分子才被溶剂分散成溶液而完全溶解。2)溶解性规律：凡两种物质(高聚物有机溶剂)的溶解度参数数值差1，能互相溶解；例如：二醋酸纤维素(=10.9)可溶于丙酮(=10.0)但不溶于甲醇(=14.5).但有些聚合物不能溶于参数相近的溶剂中，是因为它们之间能形成氢键或发生其他能增强分子间引力的作用，如：PVC(=9.7)不溶于二氯甲烷(=9.7)溶剂中，是因为二者间会有氢键生成,第五节聚合物的化学性能,第五节聚合物的透气性能,1)气体或水蒸气透过聚合物时，是气体先溶解在聚合物内，再在聚合物中向低浓度处扩散，最后从聚合物的另一侧逸出。聚合物透气性扩散系数溶解度2)聚合物分子结构对气体渗透性影响：a)分子的极性对气体渗透性的影响分子极性越大的聚合物，气体透过性越小例如:PET和PE，对氧的扩散系数：DPET0.0087，DPE3.2相应的渗透系数：PPET=0.028，PPE=2.1b)结晶度对气体渗透性能影响：结晶度越大的聚合物，气体透过性越小例如：PVC(无定形结构)和PET(结晶度较高)对氧的扩散系数：DPVC0.74，DPET0.087相应的渗透系数：PPVC=0.61，PPET=0.028,Polyester,Moleculestructure:OO-C-C-OCH2CH2Om-,第五节聚合物的透气性能,c)密度对气体渗透性的影响同一品种，密度高的聚合物的透气性低于密度低的聚合物。例如：PE:相对密度分别为0.926和0.951时对氧的渗透系数分别为2.1和0.83d)分子的排列对气体渗透性的影响定向排列的分子对气体的渗透性小于无取向排列的分子,高分子材料的分类,包装材料学,一、高分子材料的分类1热塑性高分子材料热塑性高分子材料本身多为长链大分子，线型或支链型聚合物。特性：当加热此类材料超过一定温度时，材料就软化，进而产生流动，很少有化学反应发生，仅仅是物理的熔融过程；当温度降至一定温度时，材料就硬化恢复原来的状态；再受热又可软化，冷却再变硬；这类材料在某些特定溶剂的作用下还可溶解，成为高分子树脂溶液，溶剂挥发后，材料仍可回复到原来的状态。热塑性塑料就是能反复进行上述过程的塑料。聚乙烯、聚丙烯、聚环乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚乙烯酸、聚偏