第4章-通用高分子材料-1.ppt
- 文档编号:30861402
- 上传时间:2024-05-02
- 格式:PPT
- 页数:262
- 大小:7.20MB
第4章-通用高分子材料-1.ppt
《第4章-通用高分子材料-1.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第4章-通用高分子材料-1.ppt(262页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
第4章通用高分子材料4.1塑料Plastics4.1.1类型及特性塑料是以聚合物为主要成分,在一定条件(温度、压力等)下可塑成一定形状并且在常温下保持其形状不变的材料,习惯上也包括塑料的半成品,如压塑粉等。
1)按塑料受热后性质分类:
热塑性塑料:
受热时软化或熔融、冷却后硬化,韧性好,可反复成形。
它包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚苯醚、聚四氟乙烯等。
热固性塑料:
在加热、加压并经过一定时间后即固化为不溶、不熔的坚硬制品,不可再生。
具有更好耐热性和抗蠕变能力。
常用热固性塑料有酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、有机硅树脂等。
2)按塑料的功能和用途分类:
通用塑料:
产量大用途广价格低的塑料。
主要包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料、氨基塑料等,产量占塑料总产量的75%以上。
工程塑料:
具有较高性能,能替代金属制造机械零件和工程构件的塑料。
聚酰胺、ABS、聚甲醛、聚碳酸酯、聚砜、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂等。
功能(特种)塑料:
导电塑料、导磁塑料、感光塑料等。
4.1.2塑料的组分及其作用添加添加剂Additive添加剂“additive”来源于“addition”,意即一种或多种材料的相加。
添加剂是一类可改善材料性能,辅助加工或赋予材料新的性能的配合料或辅助料,是高分子材料的重要功能性成分,也称助剂。
作为产品基体的重要成分,对产品形态、结构、性能产生重大影响的大剂量添加物,一般不划入助剂的范畴。
Alistingoftypicaladditives抗阻塞剂(antiblocking)消泡剂(antifoaming)防雾剂(antifogging)抗菌剂(antimicrobial)抗氧剂(antioxidant)抗静电剂(antistatic)成核剂(nucleator)着色剂(colorant)偶联剂(couplingagent)固化剂(curingagent)填料(filler)阻燃剂(flameretardant)发泡剂(foamingagent)抗冲改性剂(impactmodifier)低收缩剂(lowprofileagent)润滑剂(lubricant)脱模剂(mold-releaseagent)香料(odorant)增塑剂(plasticizer)防腐剂(preservative)增强剂(reinforcement)增滑剂(slipagent)热稳定剂(thermalstabilizer)辐射稳定剂(radiationstabilizer)增稠剂(viscositymodifier)PrincipalofAdditives用途对添加剂的要求用途对添加剂的要求。
添加剂的外观、气味、污染性、耐久性、电气性能、耐候性等都直接影响最终制品的用途。
添加剂对加工条件的适应性添加剂对加工条件的适应性,除了反应型功能的添加剂(如阻聚剂、抗氧剂、偶联剂等),添加剂在聚合物的加工过程中应保持化学性质上的惰性,不会与聚合物发生化学反应。
添加剂的耐久性添加剂的耐久性。
添加剂随着材料使用时间的增加会逐渐流失,损失主要通过挥发、抽出和迁移3条途径,因此必须根据制品的使用环境和加工条件来选择适当的品种。
添加剂与聚合物的配伍性添加剂与聚合物的配伍性。
包括它们之间的可混性以及在稳定性方面的相互影响等问题。
添加剂的毒性添加剂的毒性。
食品和药物包装材料、饮用水管、医疗器械等高分子材料的制品,其卫生性主要取决于所使用的添加剂。
添加剂之间的协同作用和相抗作用添加剂之间的协同作用和相抗作用。
如选配得当,则相互增效,且可减少添加剂的总用量。
填充剂和增强剂填充剂和增强剂(FillersandEnhancers)填充剂填充剂:
又称:
又称填料填料。
使用其的主要目的是。
使用其的主要目的是增加制品的体积,增加制品的体积,降低成本降低成本,故又有,故又有增量增量剂剂之称。
之称。
Fillersareparticlesaddedtoamatrixmaterial,usuallytoimproveitspropertiesorloweritscost.为提高塑料制品的强度和刚性,可加入各种纤维状材料作增强剂,最常用的是玻璃纤维;新型的增强剂有碳纤维、石墨纤维和硼纤维。
增强剂和填料的用量一般为2050。
增强剂和填料的增强效果取决于它们与聚合物界面分子间相互作用的状况。
采用偶联剂处理填料及增强剂,可增加其与聚合物之间的作用力,通过化学键偶联起来,更好地发挥其增强效果。
FillerIncreasestrength,toughness,impact-resistance;heat-resistanceIncreasestrength,toughness,impact-resistance;heat-resistanceLowerthecostofplasticsLowerthecostofplasticstalcumpowder滑石粉滑石粉Tripolite硅藻土硅藻土Limestonepowder石灰石粉石灰石粉Graphite石墨石墨Mica云母云母Carbonblack炭黑炭黑Asbestos石棉石棉Fiberglass玻璃纤维玻璃纤维Starch淀粉淀粉Woodflour木粉木粉FunctionsFunctionsExamplesExamples分类:
分类:
按化学成分:
无机类、有机类。
按化学成分:
无机类、有机类。
按来源:
矿物填充剂、植物填充剂、合成按来源:
矿物填充剂、植物填充剂、合成填充剂。
填充剂。
按外观形状:
粉状、粒状、薄片状、纤维按外观形状:
粉状、粒状、薄片状、纤维状、树脂状、中空微球等。
状、树脂状、中空微球等。
Calciumcarbonate碳酸钙是一种化合物,化学式是CaCO3。
它是地球上常见物质,可于岩石内找到,存在于霰石、方解石、白垩、石灰岩、大理石、石灰华等形态。
根据碳酸钙生产方法的不同,可以将碳酸钙分为重质碳酸钙、轻质碳酸钙、胶体碳酸钙和晶体碳酸钙。
重质碳酸钙重质碳酸钙是用机械方法直接粉碎天然的方解石、石灰石、白垩、贝壳等制得。
轻质碳酸钙轻质碳酸钙是将石灰石等原料煅烧生成石灰(CaO),再加水消化石灰生成石灰乳(Ca(OH)2),再通入二氧化碳生成碳酸钙沉淀,最后经脱水、干燥和粉碎而制得。
胶体碳酸钙胶体碳酸钙是用表面改性剂对轻质碳酸钙或重钙碳酸钙进行表面改性而制得。
白色细腻、轻质粉末,粒子表面吸附一层脂肪酸皂,使CaCO3具有胶体活化性能。
晶体碳酸钙晶体碳酸钙系将氢氧化钙与盐酸反应生成氯化钙,氯化钙用二氧化碳碳化后即得碳酸钙,再经结晶、分离、洗涤、脱水、烘干、筛选后,得结晶碳酸钙成品。
Silicondioxide硅藻土主要由无定形的SiO2组成,并含有少量Fe2O3、CaO、MgO、Al2O3及有机杂质,一般是单细胞硅藻死亡以后的硅酸盐遗骸形成的。
硅藻土质软,多孔而轻,显微镜下可观察到特殊多孔性构造。
用作填料可起到防粘连、防结块、增强、增加耐磨性等,还可以改善聚合物的流变性能和结晶性能。
石英是一种由二氧化硅组成的矿物,呈半透明或不透明的晶体,质地坚硬,物理性质和化学性质均十分稳定。
除用作玻璃原料外,还广泛用于高分子材料的填料,增加材料的耐磨性、韧性等。
白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称,主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、超细二氧化硅凝胶和气凝胶,也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。
白炭黑是多孔性物质,其组成可用SiO2nH2O表示,其中nH2O是以表面羟基的形式存在。
添加白炭黑可有效提高聚合物的综合力学性能。
Carbonblack炭黑是一种无定形碳。
质轻、疏松而极细的黑色粉末,比表面积非常大。
用作填料的炭黑按其性能区分有“补强炭黑”、“导电炭黑”、“耐磨炭黑”等,也可作黑色染料。
此外,炭黑填充还可起到提高耐热性、阻燃性等作用。
Titaniumdioxide白色固体或粉末状的两性氧化物。
又称钛白。
化学式TiO2,自然界存在的二氧化钛有三种变体:
金红石为四方晶体;锐钛矿为四方晶体;板钛矿为正交晶体。
二氧化钛作为白色颜料和耐候性填料在许多高聚物中都已得到了应用。
Rutile金红石Anatase锐钛矿Brookite板钛矿Wood-PlasticComposites木粉填充复合材料具有质量轻、强度高、成本低和环保效益明显的优点;木塑复合材料(Wood-PlasticComposites)是国内外近年蓬勃兴起的一类新型复合材料,指利用热塑性聚合物,与超过50以上的木粉、稻壳、秸秆等废植物纤维混合成新的木质材料,再经挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺,生产出的板材或型材。
主要用于建材、家具、物流包装等行业。
Plasticizer增塑剂增塑剂Plasticizer水被称为生命的增塑剂。
在自然界中,水作为增塑剂应用非常广泛,它能够使物体具有自然的弹性。
PlasticizingH2O由于水的沸点较低,因此常使用其它高沸点的多羟基化合物,如甘油(丙三醇)来代替水作为增塑剂。
Plasticizer一些聚合物具有较强的分子间作用力(如色散力、范德华力、氢键作用等),例如PVC、PVA、淀粉等,强烈的分子间作用使得这些聚合物的加工温度高于其热分解温度,因而难以加工。
增塑剂的主要作用是削弱聚合物分子之间的次价健力,从而增加了聚合物分子链的移动性,降低了聚合物分子链的结晶性,即增加了聚合物的塑性,表现为聚合物的硬度、模量、软化温度和脆化温度下降,而伸长率、曲挠性和柔韧性提高。
定义:
添加到聚合物中,能够增加其塑性、改善定义:
添加到聚合物中,能够增加其塑性、改善成型时的流动性、赋予制品柔韧性的物质。
成型时的流动性、赋予制品柔韧性的物质。
Plasticizersareadditivesthatincreasetheplasticityorfluidityofthematerialtowhichtheyareadded.稳定高沸点稳定高沸点低挥发性一定相容性低挥发性一定相容性增塑机理增塑机理|HCH|HCCl|HCH|ClCH|HCH|HCCl|HCH|ClCH|HCH|HCCl|HCH|ClCHPVCC2H5|-O-CH3-CH2-C4H9-O-CH3-CH2-C4H9|C2H5邻苯二甲酸二邻苯二甲酸二辛酯辛酯+DOP对对PVC增塑模式增塑模式增增塑塑剂剂分分子子的的渗渗入入,降降低低了了聚聚合合物物分分子子间间的的范范德德华华力力,使使高高聚聚物物分分子子间间距距离离增增大大,借借以以增增加加制制品品的的柔柔顺顺性性。
CommonplasticizerCOCOORORphthalateAliphaticdiacidestersCOORRCOROORPOROORphosphateepoxidizedsoybeanoilAliphaticpolyesterCOOCOO()nProandconsofgeneralplasticizer类别类别优点优点缺点缺点邻苯二甲酸酯类常用主增塑剂,相容性好,性能全面,价格便宜干扰人体内分泌,属于环境激素,很多领域禁用脂肪族二元酸酯类耐寒性辅助增塑剂相容性较差,耐抽出、耐迁移性能差,价格贵磷酸酯类主增塑剂,阻燃性,相容性良好耐寒性差环氧酯类光、热稳定性,常用作耐气候性和耐寒性辅助稳定剂相容性差含氯增塑剂辅助增塑剂,阻燃性,价格低相容性及热稳定性较差聚酯类耐久性好,不被抽出,不挥发,耐迁移,无毒相容性较差脂肪酸酯类辅助增塑剂,耐寒性,无毒相容性差Antioxidant,Thermalstabilizer,Lightstabilizer抗氧剂、热稳定剂抗氧剂、热稳定剂与光稳定剂与光稳定剂稳定定剂StabilizerInchemistryastabilizerisachemicalwhichtendstoinhibitthereactionbetweentwoormoreotherchemicals.Itcanbethoughtofastheantonymtoacatalyst.Itcanbealsoachemicalthatinhibitsseparationofsuspensions,emulsions,andfoams.Stabilizersforpolymersareuseddirectlyorbycombinationstopreventthevariouseffectssuchasoxidation,chainscissionanduncontrolledrecombinationsandcross-linkingreactionsthatarecausedbyphoto-oxidationofpolymers.Polymersareconsideredtogetweatheredduetothedirectorindirectimpactofheatandultravioletlight.Theeffectivenessofthestabilizersagainstweatheringdependsonsolubility,abilitytostabilizeindifferentpolymermatrix,thedistributioninmatrix,evaporationlossduringprocessinganduse.Antioxidant抗氧剂Thermalstabilizer热稳定剂Lightstabilizer光稳定剂抗氧剂抗氧剂:
是一类化学物质,在塑料中添加少量抗氧剂,:
是一类化学物质,在塑料中添加少量抗氧剂,就能就能抑制或延缓抑制或延缓聚合物在正常或较高温度下的聚合物在正常或较高温度下的氧化氧化。
Anantioxidantisamoleculecapableofslowingorpreventingtheoxidationofothermolecules.聚乙烯聚丙烯聚酰胺聚乙烯聚丙烯聚酰胺聚乙烯聚丙烯聚酰胺聚乙烯聚丙烯聚酰胺聚氯乙烯等聚氯乙烯等聚氯乙烯等聚氯乙烯等过氧化物分解剂过氧化物分解剂作用作用:
将过氧化物分解成稳定化合物而抑制自由基的生成,减缓氧化降解。
如亚磷酸酯ROOHP(OR)3ROHOP(OR)34.亚磷酸酯抗氧剂168三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯抗氧剂168作为辅助抗氧剂(或称为预防型抗氧剂),主要有三个方面的作用:
首先它能与过氧化物反应,生成氧化性稳定的磷酸酯,不仅阻止了氧化反应的链增殖,还能提高聚合物对光的稳定性;其次它还能与聚合物中残留的金属催化剂组份反应,使金属离子失去活性;另外,它还是醌类化合物的褪色剂,因添加的酚类抗氧剂与过氧化物反应,产生黄色的醌类化合物或甲醌类化合物,使聚合物变黄,加入抗氧剂168后,它能与这类着色物质反应,生成无色的芳基磷酸酯。
本品一般不单独使用,通常与1010、1076等酚类主抗氧剂复合使用,能提高聚合物热加工过程的热稳定性。
本品与酚类抗氧剂复配后广泛用于PE、PP、PS、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS等高分子材料。
抗氧剂抗氧剂B215抗氧剂1010和抗氧剂168的(1/2)复合物抗氧剂抗氧剂B225抗氧剂1010和抗氧剂168的(1/1)复合物本产品为一性能良好的抗氧化剂,广泛应用于聚乙烯,聚丙烯,聚甲醛,ABS树脂,PS树脂,PVC,PC,接著剂,橡胶及石油产品等。
对聚烯烃具有突出的加工稳定性和长效保护作用。
通过抗氧剂1010和抗氧剂168的协同作用,可有效地抑制塑料的热降解和氧化降解。
分类分类分类分类(按抗氧剂的作用机理):
(按抗氧剂的作用机理):
有不稳定的有不稳定的有不稳定的有不稳定的HHHH原子,可与自由基原子,可与自由基原子,可与自由基原子,可与自由基或增长链发生作用,阻止自由基或增长链发生作用,阻止自由基或增长链发生作用,阻止自由基或增长链发生作用,阻止自由基或增长链从聚合物中夺取或增长链从聚合物中夺取或增长链从聚合物中夺取或增长链从聚合物中夺取HHHH原子,原子,原子,原子,使氧化降解被终止。
使氧化降解被终止。
使氧化降解被终止。
使氧化降解被终止。
使氢过氧化物分解成非自由基型使氢过氧化物分解成非自由基型使氢过氧化物分解成非自由基型使氢过氧化物分解成非自由基型的稳定化合物,从而避免因氢过的稳定化合物,从而避免因氢过的稳定化合物,从而避免因氢过的稳定化合物,从而避免因氢过氧化物分解成自由基而引起的一氧化物分解成自由基而引起的一氧化物分解成自由基而引起的一氧化物分解成自由基而引起的一系列降解反应。
系列降解反应。
系列降解反应。
系列降解反应。
金属离子钝化剂金属离子钝化剂能阻止重金属离子催化氧化降解反应。
能阻止重金属离子催化氧化降解反应。
HinderedphenolsHinderedphenolsThioestersThioestersAlkylphosphitesAlkylphosphitesAntioxidantAromaticamineAromaticamineNHOHCH3CH3CH3CCCH3CH3CH3POOOCoROSRtriphenylphosphitediphenylamine2,6-tertiarybutyl-4-methylphenol主抗氧剂主抗氧剂主抗氧剂主抗氧剂辅助抗氧剂辅助抗氧剂辅助抗氧剂辅助抗氧剂Thermalstabilizer热稳定剂(thermalstabilizer)是塑料加工助剂中重要类别之一。
在一些应用场合下,如抑制材料发生热氧化降解,热稳定剂和抗氧剂常常可以视为同一种助剂。
在一些热降解机理不是氧化降解或受热降解的情况下,二者存在一定的不同,热稳定剂涵盖了所有抑制或延缓聚合物材料在受热过程中氧化和非氧化降解的助剂;而抗氧剂则涵盖了延缓聚合物材料在受热和非受热过程中氧化反应的助剂。
thermalstabilizerAntioxidantThermalstabilizerforPVC例如纯聚氯乙烯(PVC)的热分解温度低于其加工温度,因此无法直接热塑性加工。
PVC在热降解过程中的一个主要环节是HCl的脱除生成不饱和的双键。
PVC热稳定剂必须能够捕捉PVC热分解时放出的具有自催化作用的HCl,或是能够与PVC树脂产生的不稳定双键结构起加成反应,以阻止或减缓PVC树脂的分解。
PVC常用稳定剂包括:
铅盐稳定剂、钡镉类稳定剂、钙锌类稳定剂、有机锡类热稳定剂、环氧类稳定剂(通常作为辅助稳定剂),此外近年来还出现了稀土类稳定剂和水滑石系稳定剂。
四四PVC热稳定剂的无毒化热稳定剂的无毒化无毒化要求无毒化要求传统工艺的铅、镉盐类热稳定剂公害十分严重,随着PVC制品加工生产规模的持续增长,造成的环境污染等问题,已经受到世界各国的密切重视,PVC热稳定剂无毒化是大势所趋。
在电气电子设备中限制使用某些有害物质的管理办法已经相继出台并很快执行:
其中,欧盟RoHS指令2006年7月1日已经执行;中国相应对的电子信息产品污染控制管理办法将于2007年3月1日执行。
小于重量的1000ppm阻燃剂,PCB、连接器、塑料外壳多溴二苯醚(PBDE)6小于重量的1000ppm阻燃剂,PCB、连接器、塑料外壳多溴联苯(PBB)5小于重量的1000ppm金属附腐蚀涂层铬(六价)Cr6+4小于重量的100ppm开关、弹簧、连接器、外壳和PCB、触头、电池镉Cd3小于重量的1000ppm焊料、玻璃、PVC稳定剂稳定剂铅Pb2小于重量的1000ppm温控器、传感器、开关和继电器、灯泡水银(汞)Hg1限制含量使用该物质的例子限制的物质序号什么是RoHS指令?
从2006年7月1日起凡指令所含的产品进入欧盟都必须符合这个指令。
RoHS指令限制使用的六类有害物质稀土稀土热稳定剂热稳定剂稀土热稳定剂是当今世界稳定剂系列中的一枝新秀,具有无毒、价格适中、用量少、制品后期热稳定效果好等特点。
现在研究最多,并且已经得到应用的是:
硬脂酸稀土型以及稀土盐和铅盐复合型稳定剂。
前者无毒,属环保型,但PVC制品有前期着色;后者高效、低毒,属通用型。
有机锑有机锑稳定剂稳定剂现在研究较多的是羧酸锑、硫醇锑、硫醇盐锑、巯基羧酸酯锑用羧酸巯酯锑等,这类稳定剂的特点是热稳定效率高、无毒,但其耐光性差,我国在这方面应用较少。
钙锌复合钙锌复合热稳定剂热稳定剂钙锌复合热稳定剂主要包括钙皂、锌皂、多元醇、环氧大豆油以及稳定性助剂等复配而成。
一种满足PVC加工要求、PVC制品性能要求的经济实用的高效无毒钙锌复合热稳定剂。
n铅Pb0.010%(wt.%)n镉Cd0.002%(wt.%)n铬(六价)Cr6+0.002%(wt.%)n水银(汞)Hg无n多溴联苯(PBB)无n多溴二苯醚(PBDE)无某种钙锌复合热稳定剂有害物质有害物质指标指标光光稳定定剂Lightstabilizer当聚合物吸收电磁波的能量刚好与其结构内某些化学键能量匹配时,就可能导致化学键的断裂。
一般来说,与聚合物中化学键最为接近的电磁波为紫外线。
长期暴露在含有紫外线的阳光或强荧光中,会导致聚合物降解,使制品的外观和物理机械性能恶化,这一过程称为光氧化或光老化。
Solarradiationspectrum各种高分子材料,特别是无色透明制品,在使用过程中由于日光照射(主要是紫外线)的影响,会引发自动氧化反应而导致聚合物的降解,使制品的外观和物理机械性能劣化,这一现象称为光老化或气候老化。
凡是能够抑制光老化,延长它的使用寿命的物质都称为光稳定剂。
Theprimaryfunctionoflightstabilizeristoprotectthesubstancefromthelong-termdegradationeffectsfromlight,mostfrequentlyultravioletlight.DifferentUVstabilizersareutilizeddependinguponthesubstrate,intendedfunctionallife,andsensitivitytoUVdegradation.可以屏蔽、反射紫外线的助剂称为屏蔽剂屏蔽剂(ultravioletlightscreeningagent);可以吸收紫外线并将其转化为无害的热能的助剂称为紫外线吸收剂紫外线吸收剂(ultravioletabsorbent);可猝灭被紫外线激发的分子或基团的激发态,使其回复到基态,排除或减缓了发生光反应可能性的助剂称为猝灭剂猝灭剂(quencher);因捕获因光氧化产生的自由基,从而阻止导致制品老化的自由基反应,这一类光氧化剂称为自由基捕获剂自由基捕获剂(radicalscavenger)。
Lightstabilizer光稳定剂作用机理光稳定剂作用机理1光老化机理太阳光:
2001000nm通过大气层:
2903000过滤掉到达地球:
2903000nm紫外:
290400nm,可见400800nm,红外8003000nm能量与波长成反比,紫外光能量最大。
P吸收紫外线后,易形成电子激发态,以引起一系列的光化学、光物理过程。
(荧光、磷光)+热能(分子振动)光物理过程将大部分入射光的能量转变为对聚合物无害的热能和波长较长的光而消耗掉,因此聚合物仍能保持稳定,即激发态分子B*完全能进行化学反应。
这就是所谓的光敏化过程。
光化学过程链引发链增长链终止2光稳定剂的光稳定剂的作用机理作用机理光稳定过程光稳定过程:
(1)紫外线的屏蔽和吸收
(2)猝灭激发态分子(3)氢过氧化物的非自由基分解(4)钝化重金属离子(5)捕获自由基
(1)(4)阻止光引发(5)切断链增长作用机理光屏蔽剂:
炭黑、ZnO等紫外线吸收剂:
水杨酸酯类、二苯甲酮类、苯并三唑类猝灭剂:
有机镍化合物自由基捕获剂:
受阻
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 通用 高分子材料