塑料基本概述及发展展望

1、第一章 塑料的组成、分类及技术指标第1节 概述四大类材料：木材、硅酸盐、钢铁、塑料塑料的优点：品种多、性能各具特色、适应性广、生产耗能低在一定负荷及受力速度和不同温度下可出现三种形态：玻璃态、高弹态、粘流态。通常以平均相对分子质量或平均聚合度来表征高分子的大小；用相对分子质量分布来表示聚合物同系物中各相对分子质量相近组分的相对含量与相对分子质量的关系。塑料是以高聚物为主要成分，并在加工成品的某阶段可流动成型的材料。弹性材料也可流动成型，但不认为是塑料。第二节 塑料的组成及分类1 塑料的组成及作用（1） 聚合物（树脂）塑料的主要成分聚合物大多是合成树脂，其作用是将各种助剂粘结为一个整体使之具有一

2、定的机械性能。对聚合物的选择要求是：分子量大小及分布、颗粒大小、结构以及增塑剂、溶剂等相互作用的难易程度。分子量大，则刚性好，流动性差，需要的配料及成型温度要求高；分子量小，聚合物的配料及成型虽方便，但制件的使用性能降低。聚合物与增塑剂配合，其分子量增大引起聚合物溶胀和塑化速度减小，物料配置将变得困难。分子量分布不易过宽，大分子量组分有可能因配料温度低未经塑化而纳入制件；小分子量组分有可能因配料温度过高而引起热降解。聚合物颗粒大小均匀、表面粗糙、形状不规整和结构疏松，则容易吸收增塑剂，且配料温度低，配料时间较短。低密度聚乙烯（LDPE）、线型低密度聚乙烯（LLDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）

3、、高密度聚乙烯（HDPE）、超高相对分子质量聚乙烯（UHMPE）。（二）增塑剂为了改善聚合物成型时的流动性能，增进制件的柔顺性而添加的助剂。可以降低聚合物分子间的作用力。增塑剂是对热和化学试剂都很稳定的有机物。对其要求是与聚合物相容性好、挥发性低；还要兼顾色、臭、毒、可燃和吸水性。增塑的机理：聚合物大分子链以次阶力的形式形成的连接点在热运动的过程中呈解而复结的动平衡，而聚合物整体具有刚性。加入增塑剂后，增塑剂分子“插入”聚合物分子间，并与它们的活性中心形成解而复结的动平衡。相对来说，原来的“聚合物-聚合物”连接点，由于“增塑剂-聚合物”连接点的介入而减少。因此分子间的作用力降低，导致聚合物性能

4、的变化。（3） 稳定剂延缓塑料变质的物质称为稳定剂。目的是制止或抑制聚合物受外界因素（光、热、霉菌等）影响所引起的破坏作用。可分为：热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂等；按作用原理分：紫外线抗御剂、抗氧剂、转变降解催化剂的物质、去除活性中心的物质。紫外线抗御剂的作用原理：其一、比聚合物先吸收了入射的紫外线而放出光能和热量，减缓或免除聚合物的降解，这类物质被称为紫外线吸收剂或蔽光剂；其二、移出聚合物吸收的光能量，使内储的光能量不足以引起光降解，这类物质被称为能量转移剂。（4） 填料填料一般是对聚合物呈惰性的粉末状物质。加入是为了改善塑料的成型性能，提高制件的使用性能，赋予材料新的特性和降低成本。粒子愈细

5、，对制件稳定性和外观等的改善作用就愈大。对填料的要求是分散性良好、不吸油和水，稳定和不严重磨损设备。加入后，改变了分子间的构造，降低结晶倾向，提高玻璃化温度和硬度。但也会使塑料的强度和耐低温性降低，量大时会使加工性能和表面光泽变差。（五）增强剂加入聚合物中的纤维类材料以使其机械性能得到加强而称之为增强剂。对成型性能和设备磨蚀大。主要使用的增强剂是玻璃纤维及其织物。其强度比玻璃高得多，且能提高耐热、绝热性能；耐腐蚀性高、电绝缘性能也都很好。（六）色料赋予塑料以色彩或特殊的光学性能。不仅能使制件鲜艳美观，有时也能改善制件的耐候性。（7） 润滑剂改善塑料熔体的流动性能，减少、避免对成型设备的摩擦、磨

6、损和粘附，以及改进制品的表面粗糙度。润滑剂分两类：内、外。前者在聚合物中具有限量的相容性，用于减少聚合物分子的内摩擦；后者与聚合物的相容性很低，能保留在塑料熔体的表面以降低与成型设备间的摩擦。2 塑料的分类（1） 来源：天然树脂、合成树脂（2） 根据化学反应类型：加聚型塑料、缩聚型塑料（3） 根据聚合物链之间在凝固后的结构形态分：无定型、半结晶型、结晶型。（4） 从应用角度分：通用塑料、工程塑料（5） 按塑料成型方法分：模压塑料、层压塑料、注塑、挤塑和吹塑塑料、浇铸塑料、反应注射模塑塑料。（6） 从化学结构及其基本行为分：热固性塑料、热塑性塑料第3节 塑料的使用性能及技术指标1 塑料的实用性能

7、轻巧美观、电气绝缘、热物理性能、机械力学性能、减震消音、减磨耐磨、防腐耐蚀、透光及其他防护性能2 塑料的技术指标密度、比容、吸水率、拉伸强度、冲击强度、弯曲强度、弹性模量、马丁耐热、热变形温度、维卡软化点、介电常数、介质损耗角正切值、介电强度。第二章 塑料的应用与发展展望第1节 我国的塑料工业及应用建筑和包装通常是塑料应用的最大领域，其次是电子电器和交通运输。我国在农业中应用也较多。在国防和尖端工业中发挥了其他材料所不能替代的作用。聚丙烯制品：1、挤出制品：编织品、单丝及纤维、管材等；2、注塑制品：洗衣机桶、汽车及工业配件、家电及日用品；BOPP及各种包装膜等。第2节 发展与展望1 发展塑料制

8、品带来巨大经济效益的同时，也到来了严重的环境污染。降解塑料虽然是解决途径之一，但会造成资源的浪费。因此，人们提出了塑料废弃物的减量、再使用、回收利用的3R原则。减量指塑料制品的轻量化、薄壁化。21世纪应用六大领域：汽车、航空航天、电子电器、包装、建材、农业。2 展望3 环境变化的背景与动向消费后的塑料进行综合治理得到加强，措施是：（1）省资源化：抑制废弃物产生，延长使用寿命等；（2）再资源化：废弃物多次循环再用，化学回收利用等；（3）高效处理：降解塑料、减容化。第三章 纳米塑料第一节 纳米塑料的种类1 金属和无机非金属纳米塑料（一）插层法制备的纳米塑料的结构层间插入结构：有机单体插入无机物夹层

9、间原位聚合或聚合物直接插入，仅导致无机物层间距增大，聚合物链以某一特定的构象伸展在夹层间。层离结构：有机单体在受限空间内原位聚合或聚合物直接嵌入导致蒙脱土层崩塌，剥离成单层，使蒙脱土以约1nm厚的片层分散于连续相的聚合物机制中，形成更加均一的纳米塑料。（2） 溶胶-凝胶法制备的纳米塑料结构四种：有机相包埋在无机网络中、无机相包埋在有机网络中、有机相-无机相相互传网络结构、共价键交联结构。（3） 离子交换法制备的纳米塑料的结构（4） 直接分散法制备的纳米塑料的结构2 有机纳米塑料是由液晶微纤增强的热塑性塑料。其制备方法通常采用原位共混复合：熔融共混、溶液共混。第二节 纳米塑料制造技术1 插层技术

10、（一）插层聚合：单体先嵌入片层中，再在热、光、引发剂等作用下聚合。（二）溶液或乳液插层：通过溶液或乳液将聚合物嵌入片层中。（三）熔体插层：将聚合物熔融嵌入。2 溶胶-凝胶技术 前驱物溶于聚合物溶液中，再溶胶、凝胶。 生成溶胶后，与聚合物共混，再凝胶。 前驱物存在下先使单体聚合，再凝胶化。 前驱物和单体溶解于溶剂中，让水解和聚合同时进行，它可使一些不溶的聚合物靠原位生成而嵌入无机网络中。3 共混技术为防止粒子团聚，共混前要对纳米粒子表面进行处理。处理方法：表面覆盖改性、局部活性改性、外膜层改性、机械化学改性。表面：主要利用表面活性剂覆盖粒子表面，赋予粒子新性质。局部：利用粉体上已存在的或引入的官

11、能团，引发聚合或单体、聚合物反应，在粒子表面接枝上含不同功能基团的聚合物或单体。共混法： 溶液共混法：把基体树脂溶于溶剂中，加入纳米粒子，搅匀，除去溶剂或使之聚合而得。 乳液共混：先制成聚合物乳液，再与纳米粒子共混。 熔融共混：将聚合物熔体与纳米粒子共混。 机械共混。4 在位分散混合技术5 LB制膜技术6 分子组装技术第三节 纳米塑料的性能1 纳米塑料的力学性能（一）高强度和高耐热性用插层技术制备的纳米塑料可将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、可加工性完美结合起来。因而，纳米塑料质量轻，具有高比强度、比模量而又不损失其冲击强度，能够有效降低制品的质量，方便运输。同时，由于纳米粒

12、子小于可见光波长，纳米塑料具有高的光泽和良好的透明度。（2） 高阻透性和阻燃窒息性由于聚合物基体与粘土片层的良好结合和粘土片层的平面取向作用，纳米塑料表现出了良好的尺寸稳定性和很好的气体阻透性。此外，有些纳米塑料还具有很高的自熄性、很低的热释放速率和较高抑烟性，是理想的阻燃材料。2 纳米塑料的阻隔性能由于在纳米塑料中的聚合物基体中存在着分散的、大的尺寸比的硅酸盐层，这些层对于水分子和单体分子来说是不能透过的，这就迫使溶质要通过围绕硅酸盐粒子弯曲的路径才能通过薄膜，这样就提高了扩散的有机通道长度，因此阻隔性上升。3 纳米塑料的热稳定性由于纳米材料的透过性很低，挥发性分解物不易扩散出去，从而提高了

13、热稳定性。4 纳米塑料的电性能熔融插层的纳米塑料的电导率比溶液插层要高，而且各向异性更明显。这可能是由于在熔融插层材料中，存在着过量的聚合物，从而提供了一条更容易的电导途径。而有些塑料的电导率随温度升高，先增大后减小。这是由于插层聚合物分解的缘故，这和其热稳定性是一致的。5 纳米塑料的各向异性特点6 纳米塑料的热力学原理及性能7 纳米塑料的加工性能广泛用于：注塑制品、薄膜、单纤维纺丝制品、造粒、混炼复配第四节 纳米塑料的研究进展1 无机粒子纳米塑料（一）纳米碳酸钙纳米级碳酸钙填充HDPE材料的性能：可以起到增韧的作用。纳米级碳酸钙填充聚丙烯：拉伸强度随碳酸钙的含量增加呈现先增后减的趋势。对材料的缺口冲击强度和无缺口冲击强度的增韧作用十分明显。（2） 纳米二氧化硅塑料二氧化硅填充PP体系，