第五章 第三节 高分子材料的保护.doc(18次)新

第三节 高分子材料的保护

一、高分子化合物的基本概念

1．定义：分子量大（＞10000），以共价键结合的化合物

2．特点：高熔点、高强度、高弹性，溶液或熔体具有高粘度。

3．分类： 天然高分子化合物 松香、淀粉、纤维素、蛋白质

按来源分 聚乙烯

聚氯乙烯

合成高分子化合物 尼龙（聚酰胺）

丁苯橡胶

涤纶

丁苯橡胶：

[]CH 2 CH CH 2 CH CH CH 2n

涤纶：

[]CH 2CH 2OOC COO n

的确良（涤纶的纺织物，耐磨，干得快）

二、聚合反应

1．定义：高聚物、单体

高聚物：高分子化合物作为聚合反应的产物

单体：作为原料的小分子化合物。

nCH 2 CH 2[]2 CH 2n

—CH 2—CH 2—称为链结，n 为结构单元数，即聚合度

2．分类 碳链高分子化合物[]CH 2 CH 2n

高分子化合物

杂链高分子化合物[]

CH CH 2Cl n

均聚物：由一种单体聚合而成

[]CH 2 CH 2n

共聚物：由两种或两种以上单体聚合而成 如ABS

[]CH 2 CH CH 2 CH CH CH 2 CH CH 2

n

三、高分子化合物的聚合反应

1．加聚反应和缩聚反应

按反应机理分聚合反应分为加聚反应（加成聚合）和缩聚反应（缩合聚合）

（1）加成聚合

n F

F F

F C C []F F C C n

（2）缩合聚合：在形成高聚物的同时，伴随着失去小分子物质

nHO C （CH 2）5NH 2O []C （CH2）

5 NH O n +nH 2O

尼龙6 6代表碳原子个数 nH 2N （CH 2）6NH 2 nHOOC （CH 2）4NH （CH 2）6（CH 2）4C O O

[]n ++nH 2O

尼龙66

2．连锁聚合和逐步聚合（不细讲）

按动力学特征分聚合反应分为连锁聚合和逐步聚合。

（1）连锁聚合：烯烃类单体的聚合。三个步骤：链引发、链增长、链终止。

链引发过程中，烯类双链被引发激活，然后通过单键相互连接聚合。

引发剂有三类：自由基引发剂、阳离子引发剂和阴离子引发剂。

以自由基引发剂过氧化二苯甲酰（BOP ）引发乙烯为例。

A ．链引发：

①引发剂受热产生自由基（以R ·表示）

O O O C C O

惰 性 溶

剂0O C O 2CO 22+

②自由基引发乙烯聚合

+CH 2 CH 22CH B ．链增长：自由基不断向乙烯分子转移，使聚合链不断增长，在此过程中，自由基的数量并不减少，直到自由基捕获到不活泼自由基发生链终止反应或到单体反应完毕。

RCH 2CH 2 CH 2 CH 2+RCH 2CH 2CH 2CH RCH 2CH 2CH 2CH 2+CH 2 CH 2（

CH 2）5CH ．．．．．．．．．．． C ．链终止：

R （CH 2）m CH 2CH 2R （

CH 2）n CH 2CH +R （CH 2）m n CH 2CH 2CH 2CH 2（CH 2）

R （2）逐步聚合

聚合物的链是逐步增长的 四、高分子化合物的力学状态

晶态

高分子化合物按结构形态

（大多数合成树脂与橡胶） 力学状态

玻璃态

高弹态

粘流态

1．玻璃态：处于玻璃态的高分子化合物，整个分子链热运动受到限制，且链段的内旋被“冻结”当受到外力作用时，形变很小，外力撤消后恢复形变。此时，高分子化合物坚硬缺少弹性，我们称这种状态为玻璃态。因为塑料具备这个特性，因此，把常温下处于玻璃态的高分子化合物称为塑料。（只要是在常温下是玻璃态的高分子化合物都可称为塑料）

2．高弹态：升高温度，分子热运动加剧，虽然整个分子链还不能自由移动，但链段内的“冻结”被解除，可自由转动，且链段可以弯曲或伸长，当外力存在时发生形变，撤去外力后恢复形变，表现出很高的弹性，我们称为高弹态。因为橡胶具备这个特性，因此，把常温下处于高弹态的高分子化合物成为橡胶。

3．粘流态：继续升高温度，分子动能大到可以克服分子间力。此时整个分子链可以自由移动。聚合物成为可流动的粘稠液体，这种流动形变是不可逆的，这种状态称为粘流态。我们把常温下处于粘流态的高分子化合物称为流动性树脂。一般高分子的加工成型都是在粘流态完成的。

4．非晶态高分子的玻璃化温度（T g ）和粘流化温度（T f ）

形变

g f

线型

高分子的加工

体型：在未完成交联前加入到模具中，加热使其交联成型，成型后不能再改变。

五、高分子材料的老化（自己看书）

高分子材料在使用过程中，由于环境的影响，其强度、弹性、硬度等性能逐渐变坏，这种现象称为高分子材料的老化。

1．光氧老化

2．热氧老化

3．化学试剂作用下的老化

六、高分子材料的保护

高分子材料作为新型材料越来越受到人们的重视，高分子材料熔点低、硬度小、但密度也小，可作为航天工业中的结构材料。而且高分子材料一般不导电，可作为电绝缘材料。高分子材料易老化，多由碳、氢元素组成，易燃，易溶于有机溶剂，必须在使用过程中加以保护。

1．光稳定剂和抗氧化剂

根据高分子的光氧老化和热氧老化机理，如在高分子材料加工成型前加入光稳定剂和抗氧剂，就能达到防止和延缓光老化和热老化的目的。

光稳定剂是抑制和延缓高分子光氧老化过程的试剂。

光稳定剂的类型：

（1）紫外线吸收剂能先于高分子吸收紫外线辐射能。在高分子材料中加入一些能先于高分子吸收紫外线的有机物，条件是此有机物无毒，且与高分子相溶性好。

（2）能量转移剂能转移高分子受紫外光激发后的激发能，又称猝灭剂。它们主要是镍、钴的配合物，其有机部分是取代酚和硫代双酚等。

（3）光屏蔽剂减少紫外线透射。炭黑、氧化锌、氧化钛

（4）自由基捕获剂

抗氧剂包括主抗氧剂和辅助抗氧剂，作用看书P244

2．氧指数和阻燃剂

通常，高分子材料都是可燃的。它相当于燃料、当具备了氧和温度另外两个燃烧过程的要素时，燃烧就会发生。

对于高分子材料的阻燃性能的评价目前常用极限氧指数（LOI）表示，简称氧指数。在标准状况下，材料样品在氧、氮混合气流中维持平稳燃烧所需的最低氧气浓度，以氧所占的体积分数表示。

一般说来，氧指数在20以下很容易燃烧，在26以上，即可认为材料在空气中不燃烧，具有自熄性。氧指数越大，阻燃效果越好。提高高分子材料的阻燃性，一般是加入阻燃剂，且阻燃剂浓度越大，阻燃效果越好，但会牺牲高分子材料的某些性能作为代价。阻燃剂大多数是元素周期表中第三、五、七主族元素的化合物。

3．填充剂和偶联剂

填充剂又称填料。一般是指加入材料组成中作为基本组分以改变材料的性能，或降低其成本的固体物质。为了提高高分子材料的电绝缘性能，可在树脂加工成型以前加入陶土、石棉、硅微粉等；为了增加导电、导热性和提高刚性、硬度、耐热性等，可在树脂加工成型前添加各种金属粉末；为了增加强度，加入玻璃纤维、碳纤维等。但是无机填料和高分子材料的相容性不好，所以需要使用偶联剂，将无机填料与高分子化合物“偶联”起来。

4．化学镀和塑料电镀

非金属材料一般不导电，很难电镀，但因需要，使其表面镀上一层金属薄膜，实现非金属材料上的金属镀层，称之为化学镀。

（1）粗化在碱液中（氢氧化钠、磷酸钠、碳酸钠、洗涤液）除油后，进行粗化处理，粗化的目的是使塑料制件表面蚀刻出一些微观粗糙不平的状态，来增加材料本身和镀层之间的结合力，主要是用一些