高分子合成及高分子材料

高分子合成及高分子材料1.1加聚反应(additionpolymerization)：

---烯类单体加成而聚合起来的反应

加聚反应的生成物加聚物(additionpolymer)自由基加成无副产物1、按单体和聚合物的组成和结构变化分类加聚物：结构单元与单体组成相同；分子量是单体分子量的整数倍8.3.1聚合反应分类及特点第2页,共99页，2024年2月25日，星期天1.2缩聚反应(polycondensation)官能团间反应，缩聚物有特征结构官能团；有低分子副产物；缩聚物和单体分子量不成整数倍。----单体经多次缩合而聚合成大分子的反应缩聚反应的主产物缩聚物(condensationpolymer)第3页,共99页，2024年2月25日，星期天AdditionPolymerizationCondensationPolymerization烯类单体双键(doublebond)加成官能团(functionalgroup)之间的缩合形成以碳链为主的大分子，称加聚物形成的大多为杂链聚合物，称缩聚物分子量是单体分子量的整数倍分子量不再是单体分子量的整数倍加聚物结构单元组成与其单体相同，电子结构有所改变有低分子产生，缩聚物的结构单元比单体少若干原子第4页,共99页，2024年2月25日，星期天2、按聚合机理或动力学分类20世纪五十年代Flory提出连锁聚合(chainpolymerization)——活性中心(activecenter)引发单体，迅速连锁增长大部分缩聚属于逐步机理大多数烯类加聚属于连锁机理自由基聚合阳离子聚合阴离子聚合活性中心不同逐步聚合(steppolymerization)——无活性中心，单体官能团间相互反应而逐步增长第5页,共99页，2024年2月25日，星期天自由基连锁聚合反应机理------以乙烯类单体聚合为例增长链聚合物链终止反应I2R*R*

+H2CCHXRCH2CH*X引发活性种(中心）链增长活性中心引发剂分解或离解引发增长终止初级自由基单体自由基链增长反应活化能较低，增长速率极高，0.01s至几秒内，聚合度达成千上万第6页,共99页，2024年2月25日，星期天逐步聚合反应机理-------以二元羧酸与二元醇的聚合反应为例：。。。。。。第7页,共99页，2024年2月25日，星期天反应时间单体转化率产物平均聚合度反应时间链式聚合反应逐步聚合反应（活性链式聚合反应）第8页,共99页，2024年2月25日，星期天

ChainPolymerizationStepPolymerization需活性中心：自由基、阳离子或阴离子无特定的活性中心，往往是带官能团单体间的反应单体一经引发，迅速连锁增长，由链引发、增长及终止等基元反应组成，各步反应速率和活化能差别很大反应逐步进行，每一步的反应速率和活化能大致相同体系中只有单体和聚合物，无分子量递增的中间产物体系由单体和分子量递增的一系列中间产物组成转化率随着反应时间而增加，分子量变化不大分子量随着反应的进行缓慢增加，而转化率在短期内很高第9页,共99页，2024年2月25日，星期天1.本体聚合自由基聚合反应的实施方法主要有本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合。本体聚合是单体本身在不加溶剂以及其它分散剂的条件下，由引发剂或直接由光、热等作用下引发的聚合反应。优点：产品纯度高，易于生产透明、浅色制品，聚合设备简单。适于制板材、型材等透明制品。缺点：体系粘度大，聚合热不易扩散，反应难以控制，易局部过热，造成产品发黄。自动加速作用大，严重时可导致暴聚。8.3.2聚合实施方法第10页,共99页，2024年2月25日，星期天工业上多采用两段聚合工艺：(i)预聚合：在较低温度下预聚合，转化率控制在10~30%，体系粘度较低，散热较容易；(ii)后聚合：更换聚合设备，分步提高聚合温度，使单体转化率>90%。本体聚合根据聚合产物是否溶于单体可分为两类：（i）均相聚合：聚合产物可溶于单体，如苯乙烯、MMA等（ii）非均相聚合（沉淀聚合）：聚合产物不溶于单体，如乙烯、聚氯乙烯等，在聚合过程中聚合产物不断从聚合体系中析出，产品多为白色不透明颗粒。在沉淀聚合中，由于聚合产物不断析出，体系粘度不会明显增加。第11页,共99页，2024年2月25日，星期天2.溶液聚合溶液聚合是将单体和引发剂溶于适当溶剂中，在溶液状态下进行的聚合反应。生成的聚合物溶于溶剂的叫均相溶液聚合；聚合产物不溶于溶剂的叫非均相溶液聚合。优点：（i）聚合热易扩散，聚合反应温度易控制；（ii）体系粘度低，自动加速作用不明显；反应物料易输送；（iii）体系中聚合物浓度低，向高分子的链转移生成支化或交联产物较少，因而产物分子量易控制，分子量分布较窄；（iv）可以溶液方式直接成品。第12页,共99页，2024年2月25日，星期天缺点：（i）单体被溶剂稀释，聚合速率慢，产物分子量较低；（ii）消耗溶剂，溶剂的回收处理，设备利用率低，导致成本增加；（iii）溶剂很难完全除去；（iv）存在溶剂链转移反应，因此必须选择链转移常数小的溶剂，否则链转移反应会限制聚合产物的分子量；（v）溶剂的使用导致环境污染问题。超临界流体：性质介乎液体与气体之间，具有液体的溶解能力。超临界CO2做聚合溶剂：无毒、便宜、易从聚合产物中除去和循环使用。第13页,共99页，2024年2月25日，星期天3.悬浮聚合悬浮聚合是通过强力搅拌并在分散剂的作用下，把单体分散成无数的小液珠悬浮于水（溶剂）中由油溶性引发剂引发而进行的聚合反应。在悬浮聚合体系中，单体不溶或微溶于水，引发剂只溶于单体，水是连续相，单体为分散相，是非均相聚合反应。但聚合反应发生在各个单体液珠内，对每个液珠而言，其聚合反应机理与本体聚合一样，因此悬浮聚合也称小珠本体聚合。单体液珠在聚合反应完成后成为珠状的聚合产物。在悬浮聚合过程不溶于水的单体依靠强力搅拌的剪切力作用形成小液滴分散于水中，单体液滴与水之间的界面张力使液滴呈圆珠状，但它们相互碰撞又可以重新凝聚，即分散和凝聚是一个可逆过程。第14页,共99页，2024年2月25日，星期天为了阻止单体液珠在碰撞时不再凝聚，必须加入分散剂，分散剂在单体液珠周围形成一层保护膜或吸附在单体液珠表面，在单体液珠碰撞时，起隔离作用，从而阻止或延缓单体液珠的凝聚。悬浮聚合分散剂主要有两大类：(i)水溶性的高分子：如聚乙烯醇、明胶、羟基纤维素等；(ii)难溶于水的无机物：如碳酸钙、滑石粉、硅藻土等。水溶性高分子难溶于水的无机物保护膜吸附第15页,共99页，2024年2月25日，星期天缺点：（i）存在自动加速作用；（ii）必须使用分散剂，且在聚合完成后，很难从聚合产物中除去，会影响聚合产物的性能（如外观、老化性能等）；（iii）聚合产物颗粒会包藏少量单体，不易彻底清楚，影响聚合物性能。优点：（i）聚合热易扩散，聚合反应温度易控制，聚合产物分子量分布窄且比溶液聚合高；（ii）聚合产物为固体珠状颗粒，易分离、干燥。第16页,共99页，2024年2月25日，星期天4.乳液聚合乳液聚合是在乳化剂的作用下并借助于机械搅拌，使单体在水（溶剂）中分散成乳状液，由水溶性引发剂引发而进行的聚合反应。乳化剂：能使油水混合物变成乳状液的物质成为乳化剂。通常是一些兼有亲水的极性基团和疏水（亲油）的非极性基团的表面活性剂。按其结构可分三大类（按其亲水基类型）：（i）阴离子型：亲水基团一般为-COONa,-SO4Na,-SO3Na等，亲油基一般是C11~C17的直链烷基，或是C3~C6烷基与苯基或萘基结合在一起的疏水基；（ii）阳离子型：通常是一些胺盐和季铵盐（iii）非离子型：聚乙烯醇，聚环氧乙烷等。第17页,共99页，2024年2月25日，星期天乳化剂的作用主要有三点：（i）降低表面张力，便于单体分散成细小的液滴，即分散单体；（ii）在单体液滴表面形成保护层，防止凝聚，使乳液稳定；（iii）增溶作用：当乳化剂浓度超过一定值时，就会形成胶束（micelles)，胶束呈球状或棒状，胶束中乳化剂分子的极性基团朝向水相，亲油基指向油相，能使单体微溶于胶束内。乳化剂能形成胶束的最低浓度叫临界胶束浓度（简称CMC），CMC越小，越易形成胶束，乳化能力越强。第18页,共99页，2024年2月25日，星期天乳液聚合机理：在乳液聚合体系中存在单体液滴、微溶有单体的增溶胶束、空胶束以及以分子状态分散在水中的单体和乳化剂分子。典型的乳液聚合可分为三个阶段：（i）M/P乳胶粒的形成：反应开始时，水中的引发剂分解产生的初级自由基扩散到增溶胶束内，引发其中的单体进行聚合，从而形成同时含单体与聚合物的增溶胶束，称M/P乳胶粒，随着胶束中单体的消耗，胶束外的单体分子逐渐地扩散进胶束内，使聚合反应持续进行。乳液聚合的引发剂为水溶性引发剂，常使用水溶性的氧化-还原引发体系。如K2S2O8/Fe2+等。第19页,共99页，2024年2月25日，星期天123第20页,共99页，2024年2月25日，星期天在此阶段，单体增溶胶束与M/P乳胶粒并存，M/P乳胶粒逐渐增加，聚合速率加快，直至单体转化率~10%转入第二阶段；（ii）单体液滴与M/P乳胶粒并存阶段：单体转化率10~50%，随着引发剂和单体增溶胶束的消耗，M/P乳胶粒数量不再增加，聚合速率保持恒定，而单体逐渐消耗，单体液滴不断缩小，单体液滴数量不断减少；（iii）单体液滴消失、M/P乳胶粒子内单体聚合阶段：M/P乳胶粒内单体得不到补充，聚合速率逐渐下降，直至反应结束。第21页,共99页，2024年2月25日，星期天优点：（i）以水作分散介质，价廉安全；（ii）聚合体系即使在反应后期粘度也很低，因而也适于制备高粘性的聚合物；（iii）聚合速率快，同时产物分子量高，可在较低的温度下聚合；（iv）可直接以乳液形式使用。如水乳漆、粘结剂。缺点：（i）产品中留有乳化剂等，难以完全除尽，有损电性能（ii）需要固体产物时，乳液经凝聚（破入）、洗涤、脱水、干燥等工序，成本较悬浮法高。第22页,共99页，2024年2月25日，星期天8.4通用高分子材料塑料橡胶纤维胶粘剂涂料Chapter8Polymer23第23页,共99页，2024年2月25日，星期天

塑料是指以合成树脂（或在加工过程中用单体直接聚合）为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂，着色剂等添加剂为辅助成分，在一定温度和压力下塑造成一定形状，并在常温下能保持既定形状的高分子有机材料。树脂是指受热时通常有转化或熔融范围，转化时受外力作用具有流动性，常温下呈固态或半固态或液态的有机聚合物，它是塑料最基本的，也是最重要的成分。广义地讲，在塑料工业中作为塑料基本材料的任何聚合物都可称为树脂。1、塑料的定义和分类

8.4.1塑料第24页,共99页，2024年2月25日，星期天塑料的分类

1．按塑料的物理化学性能分为：

热塑性塑料：在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料。热塑性塑料中树脂分子链都是线型或带支链的结构，分子链之间无化学键产生，加热时软化流动．冷却变硬的过程是物理变化。如聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料。

热固性塑料：因受热或其它条件能固化（交联化学反应）成不熔、不溶的三维网状高分子的塑料。热固性塑料的树脂固化前是线型或带支链的，固化后分子链之间形成化学键，成为三维的网状结构，不仅不能再熔触，在溶剂中也不能溶解，如酚醛塑料、环氧塑料等。热塑性塑料固态时的线型结构热固性塑料硬化后的体型网状结构第25页,共99页，2024年2月25日，星期天

特种塑料：-般指具有特种功能（如耐热、自润滑等），应用于特殊要求的塑料。如氟塑料、有机硅等。增强塑料和泡沫塑料具有高强度、高缓冲性等特殊性能，这些塑料都属于特种塑料的范畴。3、按加工方法分类

根据各种塑料不同的成型方法，可以分为膜压、层压、注射、挤出、吹塑、浇铸塑料和反应注射塑料等多种类型

2．按塑料用途

通用塑料：-般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯四大热塑性通用塑料等

工程塑料：-般指能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料。如ABS、尼龙、聚砜等。第26页,共99页，2024年2月25日，星期天通用塑料(UniversalPlastics)

聚乙烯（PE）*环氧树脂（EP）*聚丙烯（PP）*酚醛树脂（PF）*聚苯乙烯（PS）*聚氨酯（PU）*聚氯乙烯（PVC）*不饱和聚脂*聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）*第27页,共99页，2024年2月25日，星期天

工程塑料(EngineeringPlastics)丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）*聚甲醛（POM）*

聚对苯二酰对苯二胺（Kevlar）*

聚醚砜（PES）*

超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）*

聚醚醚酮（PEEK）*

聚苯硫醚（PPS）*

聚四氟乙烯（PTFE）*

聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）*

聚碳酸酯（PC）*

聚砜（PSU）*

第28页,共99页，2024年2月25日，星期天2、塑料的组成塑料是合成树脂与各种添加剂的组成物。

1.合成树脂合成树脂是由低分子化合物通过缩聚反应或聚合反应合成的具有可塑性的高分子化合物，是塑料中的基本成分。合成树脂在受热时通常有软化现象或呈熔融状态，可以把其它物质粘接起来，也称粘料。在塑料中占40%~100%，决定塑料的基本性能。

2.填料

填料在塑料配方中相对呈惰性的粉状材料或纤维状材料。加入填料的目的主要起增强作用，降低成本，改善塑料的机械性能、耐热性能和电性能。填料分为有机填料和无机填料。在塑料中占40%~70%。第29页,共99页，2024年2月25日，星期天

3.增塑剂

改进塑料的可塑性、流动性、柔软性，降低刚性和脆性，使塑料易于加工成型。

4.稳定剂

防止加工和使用过程中，因受热、氧气和光线作用而变质分解，延长塑料的使用寿命。成型过程中不分解，易与树脂混溶，应耐水、耐油、耐化学腐蚀。

5.润滑剂防止成型过程中粘附金属设备或模具上造成脱模困难，还可使制品表面光亮美观。

6.着色剂

使塑料着色，分为无机颜料与有机颜料两种。

7.固化剂

与树脂起化学作用，形成不溶的交联网状结构。

8.其它添加剂如抗静电剂、荧光剂、发泡剂和阻燃剂等。依需要添加。第30页,共99页，2024年2月25日，星期天3、塑料的制造和合成方法（1）塑料的制造

塑料工业包括三个生产系统：塑料原料（树脂或以半成品及助剂）的生产；塑料产品的生产；塑料成型机械的生产（包括模具）的制造。（2）树脂的合成方法①缩聚反应。单体分子间脱掉水或其它简单分子键合成聚合物的化学反应。可分为均缩聚反应和共缩聚反应。②加聚反应。由不饱和或环状单体分子加成聚合生成聚合物的一种化学反应。反应中没有水或其它低分子副产物的释出，而且所生成的聚合物元素成分与原用单体的成分相同。第31页,共99页，2024年2月25日，星期天4、塑料的基本性能1.优点（1）多数塑料制品有透明性，富有光泽，能着鲜艳色彩，着色坚牢，不易变色，装饰性；（2）质轻，耐振动与冲击，比强度高，弯曲性能好，是具有现代材料质感的轻质材料；（3）耐水性、绝热性、电绝缘性、热物理性能好；（4）有耐化学药品性，不易受日光、风雨侵蚀；（5）塑料成型性、加工性好，能大批量生产，成本低。

2.缺点（1）塑料不耐高温，低温容易发脆；（2）热膨胀系数大，尺寸不稳定性，蠕变现象；（3）塑料有“老化”、“劣化”现象；（4）有的塑料易燃，分解后产生有毒气体。第32页,共99页，2024年2月25日，星期天常见塑料的化学成分、性能和用途第33页,共99页，2024年2月25日，星期天常见塑料的化学成分、性能和用途第34页,共99页，2024年2月25日，星期天高弹性：在外力作用下具有较大的弹性形变，最高可达1000%，除去外力后变形很快恢复；柔软性好、硬度低；具有高分子材料的共性：粘弹性、绝缘性、环境老化性、密度小。橡胶的特征大分子构象变化带来的熵弹性。8.4.2橡胶第35页,共99页，2024年2月25日，星期天橡胶的分类通用合成橡胶特种合成橡胶丁苯橡胶（SBR）顺丁橡胶（BR）丁腈橡胶（NBR）乙丙橡胶（EPDM）氯丁橡胶（CR）异戊橡胶（IR）硅橡胶（SiR）氟橡胶（FPM）……聚氨酯橡胶（PU）按来源和用途分合成橡胶天然橡胶按形态分：固体、液体、粉末橡胶第36页,共99页，2024年2月25日，星期天橡胶的配合与加工工艺（1）橡胶的配合——根据制品性能要求，进行配方设计生胶体系：

天然橡胶、合成橡胶、生胶的替代材料（再生胶及热塑性树脂等）硫化体系：硫化剂：硫黄、含硫化合物、过氧化物、醌类化合物、胺类化合物等；硫化促进剂；硫化活性剂（提高促进剂的活性）增强体系：炭黑、白炭黑等（轮胎里含量达到50%，增强、耐磨）另：增塑剂、防老剂、可赋予橡胶特有功能的配合剂等。第37页,共99页，2024年2月25日，星期天

橡胶的组分以生胶为主要成分，添加各种配合剂和增强材料制成的。

生胶

指无配合剂、未经硫化的橡胶。按原料来源有天然橡胶和合成橡胶。第38页,共99页，2024年2月25日，星期天

用来改善橡胶的某些性能。常用配合剂有硫化剂、硫化促进剂、活化剂、填充剂、增塑剂、防老化剂、着色剂等。①硫化剂:

使生胶结构由线型转变为交联体型结构常用硫化剂有硫磺和含硫化合物，有机过氧化物，胺类化合物、树脂类化合物、金属氧化物等。

配合剂第39页,共99页，2024年2月25日，星期天③活化剂：用来提高促进剂的活性。常用活化剂有氧化锌、氧化镁、硬酯酸等。②硫化促进剂:缩短硫化时间，降低硫化温度，改善橡胶性能。常用促进剂有二硫化氨基甲酸盐、黄原酸盐类、噻唑类等有机物。第40页,共99页，2024年2月25日，星期天④填充剂：

提高橡胶强度、改善工艺性能和降低成本。补强剂如炭黑、白炭黑、氧化锌、氧化镁等；用于降低成本的填充剂，如滑石粉、硫酸钡等。

⑤增塑剂：

增加橡胶的塑性和柔韧性。常用增塑剂有石油系列、煤油系列和松焦油系列增塑剂。第41页,共99页，2024年2月25日，星期天

⑥防老剂：防止或延缓橡胶老化。

硫化胺类酚类作用机理化学防老物理防老如石蜡硫化剂第42页,共99页，2024年2月25日，星期天（2）橡胶加工工艺——包括塑炼、混炼、压延、压出、成型、硫化等工艺a.塑炼：

使生胶由弹性状态转变为具有可塑性状态的工艺过程，依靠机械力、热和氧的作用，使橡胶大分子断裂，以降低分子量、粘度、弹性，获得可塑性、流动性和可加工性；设备：开炼机、密炼机橡胶的配合与加工工艺第43页,共99页，2024年2月25日，星期天第44页,共99页，2024年2月25日，星期天b.混炼：将各种配合剂混入生胶中制成均匀的混炼胶

设备：开炼机、密炼机橡胶的配合与加工工艺增强剂、填充剂第45页,共99页，2024年2月25日，星期天

利用压延机辊筒之间的挤压力作用，使物料发生塑性流动变形，制成具有一定断面尺寸规格和规定断面几何形状的片状或薄膜状材料；或者将聚合物覆盖并附着于纺织物表面，如胶布。c.压延橡胶的配合与加工工艺第46页,共99页，2024年2月25日，星期天设备：压延机，最普遍为三辊或四辊第47页,共99页，2024年2月25日，星期天第48页,共99页，2024年2月25日，星期天

压片：把混炼胶制成具有规定厚度、宽度和光滑表面的胶片。

压型：将胶料制成表面有花纹并具有一定断面形状的带状胶片，主要制造胶鞋大底、轮胎胎面。

贴合：通过压延使两层薄胶片合成一层胶片。

纺织物的贴胶：使胶料和织物挂胶织物的作业。

纺织物的擦胶：利用压延机辊筒转速不同，把胶料擦入织物线缝中。压延完成的作业：胶料的压片、压型、贴合、纺织物的贴胶、擦胶。

第49页,共99页，2024年2月25日，星期天d.压出：胶料通过压出机或螺杆挤出机制成各种复杂断面形状的半成品的工艺过程制品：胶条、胶管、门窗密封条e.成型：把构成制品的各部件，通过粘贴、压合等方法组成具有一定形状的整体的制品。第50页,共99页，2024年2月25日，星期天f.硫化：胶料在一定压力和温度下，橡胶大分子由线性结构变为网状结构的交联过程。第51页,共99页，2024年2月25日，星期天天然橡胶NR主要成分橡胶烃是顺式-1,4-聚异戊二烯的线性高聚物n为5000~10000，相对分子量在3万~3000万之间，常温下是无定形高弹性物质。反式反式-1,4-聚异戊二烯也称杜仲胶，分子链有序，易结晶，通常温度下为硬质固体。

弹性佳，在通用橡胶里仅次于顺丁橡胶；强度较高，加工性能好

具有最好的综合力学性能和加工性能，广泛应用于轮胎、胶管、胶带等各种工业橡胶制品，是用途最广的橡胶品种。第52页,共99页，2024年2月25日，星期天丁苯橡胶SBR抗湿滑性能好，对路面的抓着力大，且具有一定的耐磨性，是轮胎胎面胶的好材料。主要应用于轮胎工业，也适合于胶管、胶带、胶鞋以及其他橡胶制品。高St的SBR适合制造高硬度质轻的制品，如鞋底、滑冰轮、铺地材料、硬质胶管等。第53页,共99页，2024年2月25日，星期天丁腈橡胶NBR目前用量最大的特种合成橡胶丙烯腈含量提高，大分子极性增加，内聚能密度提高，加工性能变好，硫化速度加快，耐热、耐磨性能、气密性提高，但弹性降低，耐寒性能下降。

属于非结晶性的极性不饱和橡胶，耐油性仅次于聚硫橡胶、氟橡胶、丙烯酸酯橡胶。用途：耐油制品，耐油胶管、胶辊、密封圈、贮槽衬里等。第54页,共99页，2024年2月25日，星期天由硅氧烷与其他有机硅单体共聚而成分子。Si-O柔顺性好，分子内、分子间的作用力小，硅橡胶属于一种半无机的饱和、杂链、非极性弹性体；优异的耐高、低温性能，所有橡胶中最宽的工作温度范围（-100~350℃）；优异的耐老化（热氧、臭氧、气候）性能，极好的疏水性及电绝缘性，并具有低表面能和表面张力；R、R1、R2为甲基、乙烯基、氟原子、氰基、苯基等广泛应用于宇航工业、电子、电气工业的防震、防潮灌封材料，汽车工业的密封件和医疗卫生制品等硅橡胶第55页,共99页，2024年2月25日，星期天纤维（Fiber）：一般是指细而长的材料。纤维具有弹性模量大，塑性形变小，强度高等特点，有很高的结晶能力，分子量小，一般为几万。

8.4.3纤维第56页,共99页，2024年2月25日，星期天纤维天然纤维化学纤维植物纤维:棉、麻动物纤维:毛、蚕丝矿物纤维

:石棉合成纤维人造纤维涤纶锦纶腈纶丙纶维纶氯纶六大纶特种合成纤维第57页,共99页，2024年2月25日，星期天主要合成纤维品种

学名

商品名

聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维(PET)涤纶、

Terylene、Dacron聚己内酰胺纤维(PA6)锦纶

6、尼龙6、Kapron、Perlon聚己二酰己二胺纤维(PA66)锦纶

66、尼龙66、Nylon聚对苯二甲酰对苯二胺纤维芳纶、Kelvar丙烯腈-丙烯酸酯共聚物腈纶、Cashmilan、OrlonCourtelle聚丙烯纤维(PP)丙纶、Pylen、Meraklon超高分子量聚乙烯纤维(UHMW-PE)Spectra900、Dyneema聚乙烯醇缩甲醛维纶、维尼纶、KuralonMewlon聚氯乙烯纤维(PVC)氯纶、Leavil、Rhovyl聚氨酯弹性纤维(PU)氨纶、Lycra、Dorlustan、Vairin聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维(PTT)PTT纤维,Corterra第58页,共99页，2024年2月25日，星期天胶粘剂定义：将两种同类或不同类的固体物质连接在一起的物质，又称粘接剂﹑胶粘剂或直接称为胶。8.4.4胶粘剂第59页,共99页，2024年2月25日，星期天粘合剂的分类

1、按化学成分分类

1）无机：包括硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐、陶瓷类及低熔点金属类

2）有机：天然系及合成系。天然系包括淀粉系类、蛋白系类、天然树脂系类、天然橡胶系列、沥青系类。合成系包括树脂型、橡胶型（氯丁橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、聚硫橡胶、羧基橡胶、有机硅橡胶、热塑性橡胶）及复合型。其中树脂型包括热塑性类（聚醋酸乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩醛类、聚丙烯酸酯类、纤维素类、饱和聚酯、聚氨酯等）及热固性类（脲醛树脂、蜜醛树脂、酚醛树脂、间苯二酚甲醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯等）。

第60页,共99页，2024年2月25日，星期天2、按来源分类

胶粘剂按来源可分天然胶粘剂和合成胶粘剂，前者如动物的皮、骨、血胶，植物的淀粉、天然橡胶、松香胶等都属于天然胶粘剂，开发应用已有数千年历史，但强度不理想。后者始于本世纪初合成高分子出现之后，其性能优越，已形成脲醛、酚醛、蜜醛、聚醋酸乙烯乳液、合成橡胶胶浆、聚丙烯酸酯等廉价的大品种和具有形形色色特性的品种。

3、按形态分类

水溶型、溶剂型、乳液（胶乳）型、无溶剂型、固态型、膏状与腻子第61页,共99页，2024年2月25日，星期天第62页,共99页，2024年2月25日，星期天粘合剂的组成

1、粘料

粘合剂以称基料、主剂、是决定粘合剂性能主要组分，能起到胶粘的作用，作为粘料的物质可以是天然高分子、合成树脂及合成橡胶。天然高分子有淀粉、蛋白质、天然橡胶等，还有无机材料如硅酸盐、硝酸盐等。

粘料的选择需考虑聚合物的特性和被粘物的特性。

第63页,共99页，2024年2月25日，星期天2、固化剂和固化促进剂

以热固性聚合物为粘料时，必须加入固化剂使粘合组分交联形成体型结构。固化促进剂是加速交联反应，缩短固化时间或降低固化温度的组分。3、增塑剂和增韧剂

为了改善胶层柔韧性，提高胶层冲击强度而加入的配合剂。4、稀释剂

稀释剂是为了降低粘合剂粘度、增加粘合剂浸稳透力而使用的低分子化合物，有些稀释剂还能降低粘合剂的活性，延长粘合剂的使用期。

第64页,共99页，2024年2月25日，星期天5、填料

填料的作用是改善粘合性能和降低粘合剂的成本。填料一般是粉末状或细短纤维状。填料的用量要合适，否则会导致粘接性能下降。6、偶联剂

偶联剂是为了改善粘合剂和被粘物表面之间的界面强度而使用的助剂。偶联剂是具有反应性基团的化合物，可与被粘物表面分子形成化学键合。偶联剂又称增粘剂。7、其他助剂

粘合剂组分除上述必需的组分外，有进根据粘料的结构性质、用途还需加入防老剂、着色剂等组分。第65页,共99页，2024年2月25日，星期天粘结机理1.粘结的产生粘合力粘附力：粘结剂和被粘物之间的力内聚力：粘结剂层（胶层）内部的力注意：粘合力由粘附力和内聚力中最小的一个决定。内聚力又由粘合剂本身来决定，如粘结剂的性质﹑组成﹑配比和固化工艺等。

在满足粘合条件的情况下，涂层越薄越好。因为涂层越厚，缺陷越多。涂层薄，缺陷少，利于粘结剂分子的定向作用，也能充分发挥粘附力的作用，节约用胶量第66页,共99页，2024年2月25日，星期天2.粘结机理

(1)吸附原理（表面润湿）①粘合剂与被粘物体表面之间有最大的接触。②在接触面上，粘合剂对被粘物体表面有良好的亲和性。在液体和固体相接触的地方，液面发生弯曲，液面的切线与固体表面形成夹角θ→接触角第67页,共99页，2024年2月25日，星期天讨论：A）若θ=0（接触面积最大），即液体完全附着在固体表面（液体全面展开），表示完全润湿；B）若θ<90°,表示可以润湿，且θ越小，润湿性越好；C）若θ>90°,表示不易润湿，且θ越大，润湿性越差；D）若θ=180°，表示完全不润湿。粘附结合力：（微观上）化学键力或极性键力第68页,共99页，2024年2月25日，星期天（2）扩散理论。粘结剂渗透→（被粘高聚物）溶胀（甚至溶解）→粘结界面消失扩散理论的解释范围，主要用在高聚物之间，特别是热塑性高聚物之间的粘结现象（3）静电理论。静电理论认为：粘合力是由于界面上双电层之间静电引力的作用。（4）化学键理论。粘合剂与被粘物体表面发生化学反应→形成化学键结合，但只限于反应性的特定的粘结剂品种。第69页,共99页，2024年2月25日，星期天（5）机械结合理论

粘合剂与被粘物体表面粗糙，粘结剂渗透到这些凸凹或孔隙中，固化后粘合剂与被粘物体粘结在一起。微观机械连接对于多孔性材料的粘结强度有显著的贡献，但对于非孔性的表面，这种作用就不大。（6）极性理论

极性理论认为粘合作用与胶粘剂和被粘物材料的极性有关，极性材料要用极性胶粘剂粘合,非极性材料则要用非极性胶粘剂粘合。第70页,共99页，2024年2月25日，星期天粘合剂品种简介

1、热塑性高分子粘合剂

热塑性高分子粘合剂是以线型聚合物为粘料，很容易配制成溶液状，乳液状或熔融状粘合剂进行粘接操作，使用方便。固化过程中不产生交联反应，而是通过溶剂或分散介质的挥发或熔体冷却成为胶层、产生粘接力。此类粘合剂具有柔韧性、耐冲击性、初粘力高、贮存稳定性好等特点，但耐热性、耐溶剂性较差，胶接强度相对较低，在常温下往往有蠕变倾向。这些缺点使其在应用上有一定的局限性。

热塑性粘合剂主要用于非结构件的胶粘，如纸张、木材、皮革、纤维制品等低受力物品的粘接。热塑性聚酰胺、聚酯等也用于金属、金属与塑料、橡皮间的粘接。

第71页,共99页，2024年2月25日，星期天2、热塑性高分子粘合剂主要有

1）聚醋酸乙烯酯及其共聚物粘合剂

聚醋酸乙烯（PVAc）及其共聚物粘合剂是产量最大的热塑性品种，主要品种有

PVAc溶液粘合剂、PVAc乳液粘合剂、醋酸乙烯共聚物粘合剂，包括溶液型、乳液型和热熔胶。2）丙烯酸树脂粘合剂

丙烯酸树脂粘合剂的粘料是（甲基）丙烯酸及其酯类的均聚物或共聚物。丙烯酸乙酯、丁酯、异辛酯以及甲基丙烯酸甲酯等是常用的单体，丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯、丙烯腈、醋酸乙烯是常用的共聚单体。

第72页,共99页，2024年2月25日，星期天3）聚乙烯醇（PVA）和聚乙烯醇缩醛粘合剂

将聚乙烯醇和水在加热下溶解可直接得到水溶性粘合剂。通常命名用的聚乙烯醇牌号为PVA-1788，其醇解度为88%，平均聚合度为1700。若醇解度太低水溶性不好，醇解度太高则容易结晶，粘合效果下降。因聚乙烯醇粘合剂价格低、无毒、主要用于纸品的粘接和办公用品中的浆液。4）含氯树脂粘合剂等

含氯树脂包括PVC及其氯化产物（过氯乙烯树脂、由PVC氯化制得）、聚偏氯乙烯（PDVC），以及醋酸乙烯或偏二氯乙烯的共聚树脂。

第73页,共99页，2024年2月25日，星期天3、热固性树脂粘合剂

热固性树脂粘合剂是以中低分子量、且含有高反应性基团的聚合物为粘料的粘合剂，在加热（或/和固化剂）作用下，聚合物之间发生交联反应，形成不溶不熔的胶层。此类粘合剂的特点是聚合物分子量小易扩散渗透，粘接力强，胶层耐热性、耐蠕变性好。但起始粘接力小，固化后易产生体积收缩和内应力，使胶接强度下降，所以在往往需加压、加入填料来弥补这些不足。第74页,共99页，2024年2月25日，星期天4、热固性高分子粘合剂主要有1）氨基树脂粘合剂

2）酚醛树脂粘合剂

3）环氧树脂粘合剂

4）热固性丙烯酸树脂粘合剂

5）橡胶粘合剂

6）复合型粘合剂

7）特种粘合剂

8）热熔粘合剂（简称热熔胶）

9）压敏粘合剂（简称压敏胶）

10）厌氧粘合剂

11）微胶囊粘合剂

第75页,共99页，2024年2月25日，星期天聚氨酯（PU）热固型粘合剂

一般有A﹑B两部分组成：

A:含有-OH的聚酯或聚醚，作为主剂；

B：多异氰酸酯（-NCO），作为固化剂（即交联剂）OCN—R´—NHO—R—CONH—R´—NCOHO—R—OH+OCN—R´—NCONCONCONCO（—NCO）基团不仅与（—OH）产生交联反应，且还能与被粘物表面起化学反应，而牢固地粘结在一起，用于塑料—塑料﹑塑料—铝箔等的干法复合。第76页,共99页，2024年2月25日，星期天

有两类胶粘剂产量不很大，但其某些性能非常突出，且增长速度很快，是目前胶粘剂工业发展的关键。

一类是结构胶粘剂（Structuraladhensive)，主要用于航空和宇航及其他工业中受力构件的粘接，目前结构胶主要品种是改性的热固性胶粘剂。如用尼龙、羧酸丁腈、聚砜改性的环氧胶或聚乙烯醇缩醛、丁腈改性的酚醛胶，都具有很高的强度和韧性及优良的耐湿、热老化（除环氧—尼龙外）氧等性能。

第77页,共99页，2024年2月25日，星期天

另一类是特种胶粘剂。除一般性能外还有某些特殊功能如耐超高温低温、导电、医用......品种配方多达数万种，附加价值高。也此相似，一些特殊工艺胶粘剂如热熔胶(Hotmeltadhesive)、厌氧胶(Anaerobicadhesive)、压敏胶(Pressureadhesive)等发展迅速，年增长率在15%以上。

第78页,共99页，2024年2月25日，星期天涂料定义：涂料是指涂布在物体表面而形成具有保护和装饰作用膜层的材料。作用有三点：保护装饰掩饰产品的缺陷，提升产品的价值8.4.5涂料第79页,共99页，2024年2月25日，星期天涂料的组成成膜物质：涂膜的主要成分，使涂料牢固附着于被涂物表面上形成连续薄膜的主要物质，使构成涂料的基础，决定着涂料的基本特性。颜料：起装饰作用，并对物体表面起抗腐蚀的保护作用填充剂：增量剂(体质颜料)溶剂：溶解成膜物质的易挥发性液体增塑剂：提高漆膜柔性催干剂：促使聚合或交联的催化剂增稠剂：提高涂料的黏度稀释剂：降低涂料的黏度其他填加剂：杀菌剂，颜料分散剂，阻聚剂，防结皮剂等第80页,共99页，2024年2月25日，星期天涂料的类型施工层次：底漆、腻子、面漆、罩光漆稀释介质：溶剂型、水溶型、水乳型漆膜光泽：无光漆、半光漆、有光漆施工方法：喷漆、烘漆、电泳漆成膜物质：油性涂料(油基树脂漆)、合成树脂类漆第81页,共99页，2024年2月25日，星期天合成树脂漆

(1)醇酸树脂漆以醇酸树脂为基加入植物油类而成的漆类

醇酸树脂是由多元醇、多元酸与脂肪酸制得的。常用的多元醇有甘油、季戊四醇。常用的多元酸有邻苯二甲酸酐。常用的油类有椰子油、蓖麻油、豆油、亚麻油、桐油等。醇酸树脂分为两类。一类是干性油醇酸树脂，是采用不饱和脂肪酸制成的，能直接固化成膜。另一类是不干性油醇酸树脂，它不能直接作涂料用，需与其他树脂混合使用。醇酸树脂漆具有附着力强、光泽好、硬度大、保光性和耐候性好等特点，可制成清漆、磁漆、底漆和腻子。第82页,共99页，2024年2月25日，星期天(2)氨基树脂漆涂料中使用的氨基树脂有三聚氰胺甲醛树脂、脲醛树脂、烃基三聚氰胺甲醛树脂以及各种改性的和共聚的氨基树脂。氨基树脂也可与醇酸树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、有机硅树脂等并用制得改性的氨基树脂漆。

(3)环氧树脂漆环氧树脂漆可根据固化剂的类型分为：胺固化型漆、合成树脂固化型漆、脂肪酸酯固化型漆等。环氧树脂也可制成无溶剂漆和粉末涂料。环氧树脂漆常为双组分的，一种是树脂组分，另一种是固化剂组分，使用时将二者按比例混合。(4)聚氨酯漆选用不同的异氰酸酯与不同的聚酯、聚醚、多元醇或与其他树脂配用可制得许多品种的聚氨酯漆。聚氨酯漆具有耐磨性优异、附着力强、耐化学腐蚀，广泛用作地板漆甲板漆、纱管漆等。第83页,共99页，2024年2月25日，星期天(5)纤维素漆纤维素漆是指以纤维素醚或纤维素酯为基料的漆类。常用的有：硝酸纤维素、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、乙基纤维素等。使用时常与其他天然的或合成的树脂并用以改善漆膜的性能。(6)丙烯酸酯漆丙烯酸酯漆分热塑性及热固性两类(7)其他合成树脂漆其他合成树脂漆有：乙烯树脂漆、不饱和聚酯漆；有机硅树脂漆；橡胶漆等。第84页,共99页，2024年2月25