高分子导论复习大纲---高分子材料PPT课件

-,1,10.1通用高分子材料,10.1.1塑料,1,10.1.2橡胶,2,10.1.3纤维,3,10.1.4胶黏剂和涂料,4,-,2,1、按受热后形态性能表现的不同分类：热塑性塑料：受热后软化，冷却后又变硬，可重复、循环，反复成型占塑料总产量的70%以上大吨位品种：PVC、PE、PP等。热固性塑料：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，受热后不能再回复到可塑状态，不溶不熔聚合过程（最后的固化过程）和成型过程同时进行PF、氨基树脂、不饱和聚酯、环氧树脂等。,10.1.1塑料,-,3,2、按使用范围分类：通用塑料：指产量大、价格较低、力学性能一般、主要作非结构材料使用PVC、PE、PP、PS等。工程塑料：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聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛等。但：目前两者之间的界限模糊，如PP经改性之后也可作结构材料用。,-,4,3、特性质轻：相对密度大致0.9-2.2，仅为钢铁的1/4-1/6密度大小主要决定于填料用量。电绝缘：表面电阻109-1018导电填料（金属粉、石墨等）或经特殊处理一定导电率的导体或半导体。绝热。摩擦系数：有些很低轴承、轴瓦、齿轮等可用水作润滑剂；有些较高制动装置的摩擦零件。,-,5,耐化学腐蚀。容易成型加工各种装饰品，薄膜、型材、配件及产品。性能可调范围宽：应用领域广泛。力学性能比金属差，表面硬度亦低。大多数品种易燃。耐热性较差。,-,6,-,7,4、添加剂类型有助于加工的润滑剂和热稳定剂；改进材料力学性能的填料、增强剂、抗冲改性剂、增塑剂等；改进耐燃性能的阻燃剂；提高使用过程中耐老化性的各种稳定剂。,-,8,一、通用塑料(一)、聚乙烯（PE）分子量要求：1万以上（塑料）合成方法：（1）单体乙烯的制备方法主要方法：由石油烷烃热裂解后，分离精制而得。次要方法：乙醇脱水、乙炔加氢、天然气中分离出乙烯等。,-,9,（2）乙烯聚合方法高压聚合法（ICI法）：压力150-300MPa、温度180200，引发剂为有机过氧化物，自由基聚合机理。要求乙烯纯度99%。产物特点：支化度较大，密度较低（0.910.93g/cm3），结晶度为55%65%。,-,10,中压法（菲利浦法）：压力1.58.0MPa、温度130270，催化剂为过渡金属氧化物，溶剂为烷烃，离子聚合机理。产物特点：结晶度为90%，密度0.9260.940g/cm3（中密度），0.9410.965g/cm3（高密度）。,-,11,低压法（齐格勒法）：以Al(C2H5)3+TiCl4体系在烷烃（汽油）中的浆状液为催化剂，压力1.3MPa、温度100，离子聚合机理。产物特点：高密度（0.9410.965g/cm3）、高结晶度（85%90%），支化程度很小，大分子是线型的控制不同的工艺条件可制得分子量在150万以上的超高分子量聚乙烯（工程塑料）。,-,12,性能：外观：白色蜡状半透明材料，柔而韧；密度：比水轻；毒性：无毒；介电性能：优异；燃烧特性：易燃，且离火后继续燃烧，火焰上端呈黄色而下端为蓝色，燃烧时产生熔融滴落；透水率：低，有机蒸气透过率较大；,-,13,透明度：随结晶度增加而下降，退火处理后不透明，淬火处理后透明；在一定结晶度下，透明度随分子量增大而提高；熔点：线性高密度PE132-135，支化低密度PE112且范围宽；溶解性：常温下不溶于任何已知溶剂中，仅矿物油、凡士林、植物油、脂肪等能使其溶胀并使其物性产生永久性局部变化；70可少量溶解于甲苯、乙酸戊酯、三氯乙烯、松节油、氯代烃、四氢化萘、石油醚及石蜡中。,-,14,化学稳定性：优异。室温下耐盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、氨、胺类、过氧化氢、氢氧化钠、氢氧化钾、稀硫酸和稀硝酸；发烟硫酸、浓硝酸、硝化混酸、铬酸-硫酸混合液在室温下能缓慢溶解；90，硫酸和硝酸能迅速破坏PE；其它稳定性：易光氧化、热氧化、臭氧分解；光降解（紫外线炭黑优异的光屏蔽作用）；辐射可发生交联、断链、形成不饱和基团等（主要倾向交联反应）；,-,15,力学性能：结晶部分较高强度；非结晶区良好的柔性和弹性；力学性能随分子量增大而提高，分子量150万的PE极为坚韧（优异的工程塑料）。其力学性能与其制备方法密切相关。,-,16,PE力学性能一般，拉伸强度较低，抗蠕变性能不好，抗冲击性能和耐穿刺性能较好。冲击强度：LDPELLDPEHDPE。其它力学性能：HDPELLDPELDPE。,-,17,用途PE品种不同，用途也不同；高压PE：一半以上用于薄膜制品，其次是管材、注射成型制品、电线包覆层等；中、低压PE：以注射成型制品、中空制品为主；超高分子量PE：工程塑料。,-,18,聚乙烯类塑料主要制品的份额：,-,19,（二）、聚丙烯（PP）相对分子量：10-50万；现状：目前生产的PP95%皆为等规PE。无规PP是生产等规聚丙烯的副产物。间规聚丙烯是采用特殊的齐格勒催化剂并于-78低温聚合而得。,-,20,合成方法（1）单体丙烯的制法：大致与乙烯相仿，主要是从炼厂气、天然气、轻油、石脑油等石油馏分热裂解、分离、精制而得。（2）PP的制备方法均采用齐格勒-纳塔催化剂，其聚合工艺基本上与低压PE相同。聚合过程中有5%7%的无规PP，可用己烷、庚烷溶剂进行萃取分离。等规PP结晶不溶，无规物溶解进行分离。在正庚烷中不溶部分的质量分数作为PP的等规定。,-,21,性能耐化学性：好，抗硫酸、盐酸及氢氧化钠的能力优于PE及PVC；耐热性：高，对80%的硫酸可耐100；稳定性：易受光、热、氧的作用发生降解和老化（叔碳原子上H的存在）添加稳定剂；燃烧性：与PE一样，易燃，火焰有黑烟，燃烧后滴落并有石油味。软化温度：高。,-,22,应用：十分广泛。主要用于制造：薄膜电绝缘体容器包装品等机械零件如法兰、接头、汽车零部件、管道等拉丝成纤维,-,23,注塑制品PP注塑制品可占一半左右。日用品如盆、桶、衣架、文具、周转箱、和玩具等以普通PP为原料；汽车配件电器外壳等以增强或增韧的PP为原料。,-,24,薄膜类制品,我国双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜是PP树脂消费量最大的领域之一。PP薄膜透明性和表面光泽接近玻璃纸，但柔性不好，强度高，可用作重包装膜；透氧率低，适于高级衣物、药品及香烟的包装。,-,25,（三）、聚氯乙烯塑料合成方法（1）单体的制备电石乙炔法烯炔法电石乙炔与二氯乙烷联合法氧氯化法：以石油化工原料为基础，成本比其他方法低，为当前生产氯乙烯的主要方法，世界上82%左右的氯乙烯均为此法生产。,-,26,（2）PVC聚合方法氯乙烯单体，引发剂过氧化物、偶氮二异丁腈等，或光、热，自由基型连锁聚合反应的机理。聚合实施方法：悬浮法（目前主要方法）乳液法（最初实现工业化）溶液法本体法,-,27,（3）结构与性能工业PVC：无规结构，单体分子以头-尾方式连接；数均分子量约512万；工业牌号以分子量的大小来区分。,-,28,脆化温度：170或光作用，PVC会脱去HCl而形成共轭键，这是PVC加工过程中变色的原因；溶解性：溶于四氢呋喃和环己酮。其它性能：无定形聚合物，结晶度在5%以下，难燃，离火即灭。,-,29,（4）成型加工及应用一般加工工艺：将PVC与增塑剂、稳定剂、颜料等按一定配方比例均匀混合将混合料进行塑化在挤出机或两辊机上进行塑化后的物料可直接成型（如压延）或经造粒后再成型（挤出、注射等）。,-,30,主要应用于：a.软制品，主要是薄膜和人造革；薄膜制品有农膜、包装材料、防雨材料、台布等。b.硬制品，主要是硬管、瓦楞板、衬里、门窗、墙壁装饰物等；c.电线、电缆的绝缘层；d.地板、家具、录音材料等。,-,31,(四)、聚苯乙烯（PS）合成方法（1）单体的合成乙苯通过不同的方法制得；乙炔与苯直接反应而得。,-,32,（2）PS的合成方法连锁聚合,机理：自由基聚合机理（氧或过氧化物引发剂）聚合实施方法（工业）：本体法、溶液法、悬浮法和乳液法。PS分子量：20万左右。,-,33,性能光学性能：非结晶聚合物，透明度达88%92%，折光率高，1.591.60，良好的光泽；耐热性：变形温度为6080，300解聚，易燃烧；导热性：导热系数不随温度而改变，良好的绝热材料；电绝缘性：优异，体积电阻和表面电阻高，功率因数接近于0，良好的高频绝缘材料；耐化学性：耐某些矿物油、有机酸、盐、碱及其水溶液；,-,34,溶液性：溶于苯、甲苯及苯乙烯；耐辐射性：PS为最耐辐射的聚合物之一。大剂量辐射时发生交联而变脆；印刷性能好；价廉、刚性大；缺点：性脆、耐热性低。,-,35,应用广泛应用于工业装饰、照明指示、电绝缘材料以及光学仪器零件、透明模型、玩具、日用品等。重要用途：制备泡沫塑料，PS泡沫塑料是重要的绝热和包装材料。,PS半硬泡制品,-,36,热固性塑料,品种：酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料、有机硅塑料等。,-,37,1、酚醛塑料概念：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）。历史：于1909年开始工业生产，历史最为悠久。,-,38,特点：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。,-,39,2、环氧树脂概念：分子中含有环氧基团的聚合物称为环氧树脂（EP）。历史：自1947年首先在美国投产以来，世界年产量已达十几万吨。,用途：塑料，粘合剂（环氧树脂型粘合剂有“万能胶”之称）。,-,40,3、不饱和聚酯塑料不饱和聚酯树脂：亦称聚酯树脂，通常由不饱和二元酸混以一定量的饱和二元酸与饱和二元醇缩聚获得线型初聚物，再在引发剂作用下固化交联即形成体型结构。经玻璃纤维增强后的塑料俗称“玻璃钢”。,-,41,塑料制品上的三角标,-,42,10.1.3纤维,纤维（fibre，fiber）:是指长/径比非常大，具有一维各向异性和一定柔韧性的纤细材料。常用的纺织纤维，长/径比一般大于10001，其直径为几微米至几十微米，而长度超过25mm。,-,43,如棉、麻、羊毛、蚕丝等。,即用天然或合成高分子化合物经化学加工制得的纤维。,-,44,三、合成纤维,特点：具有优良的物理、机械性能和化学性能，如强度高、密度小、弹性高、耐磨性好、吸水性低、保暖性好、耐酸碱性好、不会发霉或虫蛀等。用途：不仅可以纺制轻暖、耐穿、易洗快干的各种衣料，还可用作轮胎帘子线、运输带、传送带、渔网、绳索、耐酸碱的滤布和工作服等。,-,45,1、聚酰胺纤维中国商品名为“锦纶”，国外商品名为“尼龙”、“耐纶”、“卡普隆”等。性能特点：耐磨性好，强度高、耐冲击性好，弹性、耐疲劳性好，密度小。缺点：弹性模量小，使用中易变形，耐热、耐光较差。,-,46,2、聚酯纤维中国商品名为“涤纶”，俗称“的确良”；国外商品名有“达克纶”、“帝特纶”、“特丽纶”、“拉扶桑”等。性能特点：弹性好，强度大，吸水性小，耐热性好。织物有易洗易干、保形性好、免熨等特点。,-,47,3、聚丙烯腈纤维以丙烯腈为原料。中国商品名为“腈纶”，国外商品名有“奥纶”，“开司米纶”等。聚丙烯腈纤维无论外观或手感都很像羊毛，因此有“合成羊毛”之称，而某些性能已超过羊毛。性能特点：弹性模量高，保形性好。应用：毛织物、棉织物、军用帆布、窗帘、帐篷等。,-,48,4、其他纤维1)、聚丙烯纤维：“丙纶”“帕纶”“梅克丽纶”。2)、聚乙烯醇纤维：“维纶”“维尼纶”“维纳纶”“合成棉花”；最大用途：与棉混纺制成维棉混纺布或针织品。3)、聚氯乙烯纤维：“氯纶”“天美纶”“罗维尔”,-,49,4)、特种合成纤维耐高温纤维：芳香族聚酰胺（芳纶），碳纤维（碳素、石墨），聚酰亚胺；耐腐蚀纤维：聚四氟乙烯；阻燃纤维：阻燃涤纶、阻燃腈纶、阻燃丙纶；弹性纤维：聚氨酯纤维（氨纶），聚丙烯酸酯弹性纤维；抗吸湿纤维和抗静电纤维（主要制作无尘衣、无菌衣、防爆衣）。,-,50,10.1.4胶黏剂,50,分类及组成,1,胶接及其机理,2,各类材料的胶接,3,环氧树脂胶黏剂,4,酚醛树脂胶黏剂,5,丙烯酸酯类胶黏剂,6,其他常用的胶黏剂,7,-,51,一、分类,1、按胶接强度特性分类结构型胶粘剂：具有足够高的胶接强度，胶接接头可经受较苛刻的条件，因而此类胶粘剂可用以胶接结构件。非结构型胶粘剂：胶接强度较低，主要用于非结构部件的胶接。次结构型胶粘剂：则介于二者之间。,-,52,2、按主要组成成分分类,图4-21胶粘剂按组成成分分类,-,53,A化学反应型胶粘剂其主成分是含有活性基团的线型聚合物，当加入固化剂时，由于化学反应而生成交联的体型结构，从而产生胶接作用。主要包括热固性树脂胶粘剂、聚氨酯胶粘剂、橡胶类胶粘剂及混合型胶粘剂。B热塑性树脂溶液胶粘剂它是热塑性聚合物加溶剂配制而成，如聚醋酸乙烯酯胶粘剂、聚异氰酸酯胶粘剂等。C热熔胶粘剂这种胶粘剂是以热塑性聚合物为基本组分的无溶剂型固态胶粘剂，通过加热熔融粘合，然后冷却固化。如乙烯-醋酸乙烯共聚物热熔胶、低分子聚酰胺热熔胶等。,3、合成胶粘剂，按固化类型可分为以下三种：,-,54,四、环氧树脂胶粘剂,凡是以环氧树脂为基料的胶粘剂统称为环氧树脂胶粘剂，简称为环氧胶。环氧胶是当前应用最广泛的胶种之一。环氧胶有很强的粘合力，它对大部分材料如金属、木材、玻璃、陶瓷、橡胶、纤维、塑料、皮革等都有良好的粘合能力，故有“万能胶”之称。,-,55,五、酚醛树脂胶黏剂,主要以甲阶酚醛树脂为粘料，以酸类如石油磺酸、对苯磺酸、磷酸的乙二醇溶液、盐酸的酒精溶液等为固化催化剂而组成的，在室温或加热下固化。优点：粘接力强，耐高温，配方优良胶可在300以下使用。缺点：性脆，剥离强度差。用途：主要用于胶接木材、木质层压板、胶合板、泡沫塑料，也可用于胶接金属、陶瓷。,-,56,六、丙烯酸酯类胶黏剂,一类：以聚合物本身作胶黏剂，例如溶液型胶黏剂、热熔胶、乳液胶黏剂等；另一类：以单体或预聚体作胶黏剂，通过聚合而固化，例如a-氰基丙烯酸酯胶黏剂和厌氧胶等。1)、a-氰基丙烯酸酯胶黏剂基本组分：a-氰基丙烯酸酯单体（常用的a-氰基丙烯酸甲/乙/丁酯），稳定剂，增塑剂，增稠剂，阻聚剂等。市售的“501”、“502”胶就属于此类胶黏剂。用途：胶接玻璃、金属、宝石、有机玻璃、橡皮、硬质塑料等。,-,57,2)、厌氧性胶黏剂储存时与空气接触，一直保持液态，不固化，但一旦与空气隔绝就很快固化而起到粘接或密封作用。组成：可聚合的单体（甲基丙烯酸酯类），引发剂和促进剂。用途：螺栓紧固防松，密封防漏，固定轴承以及其他机件的胶接。,-,58,3)、第二代丙烯酸酯胶黏剂组成：丙烯酸酯类单体或低聚物、引发剂、弹性体、促进剂等。组分应分装，可将单体、弹性体、引发剂装在一起，促进剂另装。混合后发生固化反应。用途：胶接钢、铝、青铜等金属；ABS、PVC、玻璃钢、PMMA等塑料以及橡胶、木材、玻璃、混凝土等。,-,59,10.1.5涂料,59,涂料的组成,1,涂料的类型,2,油基树脂漆,3,合成树脂漆,4,水性树脂涂料,5,粉末涂料,6,-,60,桐油亚麻油豆油,天然树脂：虫胶、松香人造树脂：硝化棉、松香衍生物合成树脂：酚醛、醇酸、聚酯、聚氨酯等,植物油,有机成膜物质,无机成膜物质,原硅酸乙酯碱性硅酸盐等,树脂,-,61,涂料的类型,1)、根据施工的层次，涂料可分为：腻子底漆面漆罩光漆等。2)、根据稀释介质的不同可分为：溶剂型、水溶型、水乳型。3)、根据漆膜的光泽可分为：无光漆、半光（平光）漆和有光漆等。4)、根据用途可分为：防锈漆、绝缘漆、耐高温漆、地板漆、罐头漆、船舶漆、铅笔漆、美术漆等。5)、根据施工方法可分为：喷漆、烘漆、电泳装漆。6)、按成膜物质中的树脂类型可分为：油性涂料，合成树脂类涂料。,BITZhuhaicampus,-,62,10.2功能高分子材料,-,63,10.2.1生物医用高分子材料,研究内容：设计、合成和加工等适合不同医疗目的的高分子材料与制品；最大限度的克服这些材料对人体的伤害和副作用。,-,64,（1）化学隋性，不会因与体液接触而发生反应人体环境对高分子材料主要有以下一些影响：1)体液引起聚合物的降解、交联和相变化；2)体内的自由基引起材料的氧化降解反应；3)生物酶引起的聚合物分解反应；4)在体液作用下材料中添加剂的溶出；5)血液、体液中的类脂质、类固醇及脂肪等物质渗入高分子材料，使材料增塑，强度下降。,三、对医用高分子材料的基本要求,-,65,但对医用高分子来说，在某些情况下，“老化”并不一定都是贬意的，有时甚至还有积极的意义。如作为医用粘合剂用于组织粘合，或作为医用手术缝合线时，在发挥了相应的效用后，反倒不希望它们有太好的化学稳定性，而是希望它们尽快地被组织所分解、吸收或迅速排出体外。在这种情况下，对材料的附加要求是：在分解过程中，不应产生对人体有害的副产物。,-,66,（2）对人体组织不会引起炎症或异物反应有些高分子材料本身对人体有害，不能用作医用材料。而有些高分子材料本身对人体组织并无不良影响，但在合成、加工过程中不可避免地会残留一些单体，或使用一些添加剂。当材料植入人体以后，这些单体和添加剂会慢慢从内部迁移到表面，从而对周围组织发生作用，引起炎症或组织畸变，严重的可引起全身性反应。,-,67,（3）不会致癌根据现代医学理论认为，人体致癌的原因是由于正常细胞发生了变异。当这些变异细胞以极其迅速的速度增长并扩散时，就形成了癌。而引起细胞变异的因素是多方面的，有化学因素、物理因素，也有病毒引起的原因。,-,68,当医用高分子材料植入人体后，高分子材料本身的性质，如化学组成、交联度、相对分子质量及其分布、分子链构象、聚集态结构、高分子材料中所含的杂质、残留单体、添加剂都可能与致癌因素有关。但研究表明，在排除了小分子渗出物的影响之外，与其他材料相比，高分子材料本身并没有比其他材料更多的致癌可能性。,-,69,（4）具有良好的血液相容性当高分子材料用于人工脏器植入人体后，必然要长时间与体内的血液接触。因此，医用高分子对血液的相容性是所有性能中最重要的。高分子材料的血液相容性问题是一个十分活跃的研究课题，但至今尚未制得一种能完全抗血栓的高分子材料。这一问题的彻底解决，还有待于各国科学家的共同努力。,-,70,（5）长期植入体内不会减小机械强度许多人工脏器一旦植入体内，将长期存留，有些甚至伴随人们的一生。因此，要求植入体内的高分子材料在极其复杂的人体环境中，不会很快失去原有的机械强度。事实上，在长期的使用过程中，高分子材料受到各种因素的影响，其性能不可能永远保持不变。我们仅希望变化尽可能少一些，或者说寿命尽可能长一些。,-,71,（6）能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性高分子材料在植入体内之前，都要经过严格的灭菌消毒。目前灭菌处理一般有三种方法：蒸汽灭菌、化学灭菌、射线灭菌。国内大多采用前两种方法。因此在选择材料时，要考虑能否耐受得了。,-,72,（7）易于加工成需要的复杂形状人工脏器往往具有很复杂的形状，因此，用于人工脏器的高分子材料应具有优良的成型性能。否则，即使各项性能都满足医用高分子的要求，却无法加工成所需的形状，则仍然是无法应用的。此外还要防止在医用高分子材料生产、加工工程中引入对人体有害的物质。应严格控制原料的纯度。加工助剂必须符合医用标准。生产环境应当具有适宜的洁净级别，符合国家有关标准。,-,73,11.药用高分子材料,-,74,课程的目的和任务,厚德明志笃学力行,使学生了解高分子材料学的最基本理论和药剂学中常用的高分子材料的结构，物理化学性质，性能及用途，并能初步应用这些基本知识来理解和研究高分子材料在一般药物制剂、控释制剂及缓释制剂中的应用。,1.高分子材料的一般知识；合成反应及化学反应；高分子材料的化学特性和物理、力学性能。,2.药用高分子材料的来源、生产、化学结构、物理化学性质和应用。,区别：高分子材料与高分子药物高分子药物即把生理活性物质用化学的方法挂接到高分子上，使其达到持续释放和定位释放药物的目的，或本身具有强烈活性的高分子化合物。,-,75,药用高分子的类型和基本性能：（一）药用高分子的类型在不少专著中，将药用高分子按其应用目的不同分为药用辅助材料和高分子药物两类。药用辅助材料是指在药剂制品加工时所用的、为改善药物使用性能而采用的高分子材料，例如稀释剂、润滑剂、粘合剂、崩解剂、糖包衣、胶囊壳等。药用辅助材料本身并不具有药理作用，只是在药品的制造和使用中起从属或辅助的作用。,-,76,（二）高分子药物按分子结构和制剂的形式，高分子药物可分为三大类：(a)高分子化的小分子药物这类高分子药物亦称高分子载体药物，其药效部分是低分子药物，以某种化学方式连接在高分子链上。,-,77,(b)本身具有药理活性的高分子药物这类药物只有整个高分子链才显示出医药活性，它们相应的小分子模型化合物一般并无药理作用。(c)物理包埋的小分子药物（药物缓释）这类药物中，起药理活性作用的是小分子药物，它们以物理的方式被包裹在高分子膜中，并通过高分子材料逐渐释放。典型代表为药物微胶囊。,-,78,（三）药用高分子应具备的基本性能由于药用高分子的使用对象是生物体，通过口服或注射等方式进