第一章 包装材料

1、基本概念 通常，高分子的分子量在10 000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 n聚合物(高聚物)：除蛋白质以外的合成高分子化合物基本概念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)；

2、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。 基本概念rM基本概念rMrMnMr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，它的拉伸强度拉伸强度及刚性刚性增加，但流动性流动性下降。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。 聚合机理聚合机理（l）加

3、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。 （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

4、为个措施称为高分子化合物的改性。 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。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聚合机理CCLHCHRCHCCLHRRMMRMMRRR22)(2光、热、引发剂 链式聚合反应引发

5、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。聚合机理RMMMMRMMRMMMRM 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

6、而稳定。聚合机理聚合机理RXCHCHCHCHXRRCHXCHCHXCHRRCHXCHXCHCHRRCCXHCHXCHR22222232歧化终止反应重合终止反应逐步聚合反应：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： AABABABABABABABABABABABAB

7、ABABABABABAB聚合机理嵌段共聚物： AAAAAAAAAAAAABBBBBBBBBBAAAAAAAAAA接枝共聚物： 分子链结构分子链结构分子链结构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。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

8、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 聚集态结构与性质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

9、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. 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

10、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 聚集态结构与性质包装材料学聚合物的老化聚合物的老化 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。高分子化合物和环境条件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、

11、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。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。 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 热塑性高分子材料本身多为长链大分子，线型或支链型聚

12、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、聚偏氯乙烯等 包装材料学2热固性高分子材料 热固性高分子材料原来是由较低分子量的物质构成，为线型结构。但一经加热，材料首先软化，呈现出流动性，随即发生缩聚反应，脱出小分子物质并生成中间缩聚物，进而该中间缩聚物分子间发生交联反应，生成具有三维交联的体型结构高分子化合物，最终固化成为不熔、不溶的高分子材料。酚醛树脂、脉醛树脂、环氧树脂等均为热固性高分子材料。 包装材料学1.专用名称 蛋白、淀粉等 2.单体名称前加“聚”