(完整版)高分子材料基础知识
- 格式:docx
- 大小:24.13 KB
- 文档页数:21
《应用广泛的高分子材料》知识清单一、高分子材料的定义与分类高分子材料,也被称为聚合物材料,是由相对分子质量较高的化合物构成的材料。
这些化合物通常由许多重复的结构单元通过共价键连接而成。
高分子材料可以根据来源分为天然高分子材料和合成高分子材料。
天然高分子材料如纤维素、蛋白质、天然橡胶等,是在自然界中存在的。
合成高分子材料则是通过人工合成的方法制备的,如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。
根据性能和用途,高分子材料还可以分为塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。
塑料是一类具有可塑性的高分子材料,通常在一定的温度和压力下可以成型为各种形状的制品。
常见的塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。
橡胶具有高弹性,在较小的外力作用下能产生较大的形变,除去外力后能恢复原状。
常见的橡胶有天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶等。
纤维是指长度比直径大很多倍,并且具有一定强度和柔韧性的高分子材料。
如聚酯纤维(涤纶)、锦纶(尼龙)、腈纶等。
胶粘剂能够将两种或两种以上的材料连接在一起。
常见的胶粘剂有环氧树脂胶粘剂、聚氨酯胶粘剂等。
涂料可以涂覆在物体表面,起到保护、装饰或其他特殊功能。
二、高分子材料的性能特点高分子材料具有许多独特的性能,使其在众多领域得到广泛应用。
1、重量轻高分子材料的密度通常比金属和无机材料小,这使得由它们制成的产品重量较轻,便于运输和使用。
2、耐腐蚀大多数高分子材料对酸、碱、盐等化学物质具有良好的耐腐蚀性,能够在恶劣的化学环境中长时间使用。
3、电绝缘性好高分子材料一般具有良好的电绝缘性能,是制造电气设备和电子元件的理想材料。
4、耐磨性一些高分子材料具有出色的耐磨性,如超高分子量聚乙烯,可用于制造耐磨零部件。
5、加工性能好高分子材料可以通过注塑、挤出、吹塑等多种加工方法制成各种形状和尺寸的制品,生产效率高。
6、高弹性橡胶类高分子材料具有高弹性,能够承受较大的变形而不发生永久性破坏。
7、保温隔热高分子材料的热导率较低,具有良好的保温隔热性能。
第一章高分子材料基础知识第一节.高分子材料的基本概念一、高分子材料的结构1.高分子的含义:高分子材料是以高分子化合物为主要成分(适当加入添加剂)的材料。
高分子化合物:1.天然:松香、石蜡、淀粉2.合成:塑料、合成橡胶、合成纤维高分子化合物都是一种或几种简单低分子化合物集合而成为分子量很大的化合物,又称为高聚物或聚合物。
通常分子量>5000 高分子材料没有严格界限<500 低分子材料如:同为1000的多糖(低),石蜡(高)一般高分子化合物具有较好的弹性、塑性及强度二、高分子化合物的组成:高分子化合物虽然分子量很大,但化学组成比较简单。
都是由一种或几种简单的低分子化合物聚合而成。
即是由简单的结构单元以重方式相连接。
例:聚乙烯由乙烯聚合而成{ }概念:单体——组成高分子化合物的低分子化合物链节——大分子链由许许多多结构相同的基本单元重复连接构成,组成大分子链的这种结构单元称为链节。
聚合度——链节的重复次数。
n↑导致机械强度↑熔融粘度↑流动性差,不利于成型加工。
n要严格控制。
三、高分子的合成:加聚反应、缩聚反应①加聚反应:指一种或几种单体,打开双键以共价键相互结合成大分子的一种反应例如:乙烯→聚乙烯(均聚)②分类:均聚:同种单体聚合共聚:两种或两种以上单体聚合(非金属合金丁二烯+苯乙烯→丁苯橡胶二元共聚三元共聚ABS:丙烯脂:耐腐蚀表面致密丁二烯:呈橡胶韧性苯乙烯:热塑加工)特点:反应进行很快链节的化学结构和单体的相同反应中没有小分子副产物生成②缩聚反应:指一种或几种单体相互混合儿连接成聚合物,同时析出(缩去)某种低分子物质的反应。
例:尼龙(聚酰胺)氨基酸,缩去一个水分子聚合而成。
特点:由若干步聚合反应构成,逐步进行。
链节化学结构与单体不完全相同,反应中有小分子副产物生成。
总结:目前80%的高分子材料由加聚反应得到。
四、聚合物的分类与命名①按聚合物分子的结构分类a.碳链聚合物:这一类聚合物分子主链是由碳原子一种元素所组成{ }侧基有多种,主要是聚烯烃、聚二烯烃(橡胶)b. 条链聚合物,器结构特点是除碳原子外,还有氧、氮、硫原子。
高分子材料的基本知识
高分子材料是由高分子化合物组成的一类材料,其基本知识包括以下几个方面:
1. 高分子化合物的定义:高分子化合物是由许多重复单元通过共价键连接而成的聚合物,其相对分子质量通常很高,一般在10000以上。
2. 高分子材料的分类:高分子材料可以根据来源、特性和应用功能进行分类。
按来源分类可分为天然高分子材料和合成高分子材料,按特性分类可分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等,按应用功能分类可分为通用高分子材料、特种高分子材料和功能高分子材料。
3. 高分子材料的性能:高分子材料具有许多优良的性能,如较高的力学性能、良好的化学稳定性、优良的电绝缘性能和耐热性等。
这些性能使得高分子材料在许多领域都有着广泛的应用。
4. 高分子材料的合成与加工:高分子材料的合成通常是通过化学反应将小分子聚合在一起形成的。
在合成过程中,需要选择合适的单体、催化剂、反应条件等,以确保获得的高分子材料具有所需的性能。
高分子材料的加工通常是在高温下进行的,通过热塑或热固的方式将高分子材料制成各种制品。
5. 高分子材料的应用:高分子材料在日常生活和工业生产中都有着广泛的应用。
例如,塑料、橡胶、纤维等高分子材料在汽车、建筑、航空航天、电子
电器、包装等领域都有着广泛的应用。
此外,高分子材料还在医疗、生物工程、环保等领域有着重要的应用。
总的来说,高分子材料的基本知识包括高分子化合物的定义、分类、性能、合成与加工以及应用等方面。
了解这些基本知识可以帮助我们更好地认识高分子材料的性质和用途,并在日常生活和工业生产中更好地应用这些材料。
高分子化学知识要点一、高分子的基本概念高分子化合物,简称高分子,是指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子质量在一万以上的化合物。
生活中常见的高分子材料有塑料、橡胶、纤维等。
高分子与小分子化合物相比,具有独特的性能。
例如,高分子材料通常具有较好的韧性、弹性和机械强度。
这是因为高分子的长链结构能够有效地分散和承受外力。
高分子的相对分子质量是一个重要的参数。
它不是一个确定的值,而是具有一定的分布范围。
这是由于聚合反应过程中的随机性导致的。
相对分子质量的大小和分布会显著影响高分子材料的性能。
二、高分子化合物的分类高分子化合物的分类方法有多种。
按照来源,可分为天然高分子和合成高分子。
天然高分子如纤维素、蛋白质等,是自然界中原本就存在的;合成高分子则是通过人工化学反应合成的,如聚乙烯、聚苯乙烯等。
根据高分子主链的结构,又可分为碳链高分子、杂链高分子和元素有机高分子。
碳链高分子的主链全部由碳原子组成,像聚乙烯、聚丙烯就属于此类;杂链高分子的主链除了碳原子,还含有氧、氮、硫等杂原子,如聚酯、聚酰胺;元素有机高分子的主链中不含碳原子,而是由硅、磷、铝等元素组成,不过侧基一般是有机基团。
另外,还可以根据用途将高分子分为塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂等。
不同类型的高分子在性能和应用方面有着很大的差异。
三、高分子的合成方法高分子的合成方法主要包括加聚反应和缩聚反应。
加聚反应是指由不饱和单体通过加成反应相互结合形成高分子的过程。
在这个过程中,没有小分子副产物生成。
例如,乙烯在引发剂的作用下发生加聚反应生成聚乙烯。
缩聚反应则是由具有两个或两个以上官能团的单体,通过官能团之间的缩合反应逐步形成高分子,同时会产生小分子副产物,如水、醇、氨等。
聚酯的合成就是一个典型的缩聚反应。
此外,还有开环聚合、逐步加成聚合等合成方法。
开环聚合是指环状单体通过开环形成线性高分子的反应;逐步加成聚合则是通过逐步的加成反应形成高分子。
医用高分子材料基础知识一、医用高分子材料的分类合成高分子材料:合成高分子材料是指通过化学反应合成的材料,常见的有聚合物类和聚合物复合材料。
聚合物类包括聚丙烯、聚乙烯、聚酯等,聚合物复合材料则是指在聚合物基础上加入其他物质,如纤维素纤维增强聚合物复合材料。
天然高分子材料:天然高分子材料是指存在于自然界中的高分子材料,常见的有蛋白质、多糖、天然橡胶等。
例如胶原蛋白是人体内最主要的组织结构蛋白,常用于制备生物材料。
二、医用高分子材料的特性1.生物相容性:医用高分子材料必须具有良好的生物相容性,不会引起机体的排斥反应和免疫反应。
2.可加工性:医用高分子材料具有良好的加工性能,可以通过注塑、挤出、吹塑、热压等工艺制备成各种形状和尺寸的产品。
3.生物降解性:一些医用高分子材料具有生物降解性,可以在体内被生物酶或细胞降解,从而减少二次手术。
4.力学性能:医用高分子材料需要满足不同应用领域的力学性能要求,如抗拉强度、伸长率、弹性模量等。
5.导电性:一些医用高分子材料需要具备导电性能,可以用于制作生物传感器和电刺激设备等。
三、医用高分子材料的应用领域1.医疗器械:医用高分子材料广泛应用于医疗器械的制造,如导管、输液管、手术器械等。
2.医用敷料:医用高分子材料可以制备成不同形状和尺寸的敷料,对于伤口的修复和保护具有重要作用。
3.组织工程与再生医学:医用高分子材料可以用于组织工程的材料支架和载体,也可以与干细胞结合用于组织再生医学。
4.药物缓释系统:医用高分子材料可以用于制备药物缓释系统,控制药物的释放速率和时间,提高药物的疗效和稳定性。
5.人工器官:医用高分子材料可以用于制作人工心脏瓣膜、血液透析器、人工血管等人工器官。
总之,医用高分子材料在医学领域中具有广泛的应用前景,具备良好的生物相容性、可加工性、生物降解性、力学性能和导电性能等特性。
随着技术的不断发展,医用高分子材料将为医学诊疗和治疗带来更多创新和进步。
名词解释:1. 通用型热塑性塑料:是指综合性能好,力学性能一般,产量大,适用范围广泛,价格低廉的一类树脂。
2. 通用型热固性塑料:为树脂在加工过程中发生化学变化,分子结构从加工前的线型结构转变成为体型结构,再加热后也不会软化流动的一类聚合物。
3. 聚乙烯相对分子量的大小常用熔体流动速率(MFR )来表示。
4. 共混改性是指两种或两种以上聚合物材料以及助剂在一定温度下进行掺混,最终形成一种宏观上均与且力学,热学,光学以及其它性能得到改善的新材料的过程。
5. 茂金属聚苯乙烯:为在茂金属催化剂作用下合成的间同结构聚苯乙烯树脂,它的苯环交替排列在大分子链的两侧。
6. 通常把使用量大、长期使用温度在100~150℃、可作为结构材料7. 使用的塑料材料称为通甩工程塑料,而将使用量较小、价格高、长期使用温度在150℃以上的塑料材料特种工程塑料。
8. 聚酰胺(PA):俗称尼龙,是指分子主链上含有酰胺基团的高分子化合物。
聚酰胺可以由二元胺和二元酸通过缩聚反应制得,也可由w-氨基酸或内酰胺自聚而得。
聚酰胺的命名是二元胺和二元酸的碳原子数来决定的。
9. 单体浇注聚酰胺(MC 聚酰胺),是以氢氧化钠为主催化剂、将聚酰胺6 单体直接浇注到模具内进行聚合并制成制品。
制备的主要特点有:①只要简单的模具就能铸造各种大型机械零件。
②工艺设备及模具都很简单,容易掌握。
③MC 聚酰胺的各项物理机械性能,比一般聚酰胺优越。
④可以浇注成各种型材,并经切削加工成所需要的零件,因此适合多品种,小批量产品的试制。
10. RIM 聚酰胺:是将具有高反应活性的原料在高压下瞬间反应,再注入密封的模具中成型的一种液体注射成型的方法。
11. 共聚甲醛:是以三聚甲醛为原料,与二氧五环作用,在以三氟化硼-乙醚络合物为催化剂的情况下共聚,再经后处理出去大分子链两端不稳定部分而成的。
12. 均聚甲醛:是以三聚甲醛为原料,以三氟化硼-乙醚络合物为催化剂,在石油醚中聚合,再经端基封闭而得到的。
13. 由饱和二元酸和二元醇得到的线型高聚物称为热塑性聚酯,目前最常使用的是:聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯。
14. 聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是对苯二甲酸和丁二醇缩聚的产物制备方法可以采用直接酯化法以及酯交换法,都是先制成对苯二甲酸双羟丁酯,然后在缩聚得到聚合物.15. 聚酰亚胺(PI)是分子主链中含有酰亚胺基团的一类芳杂环聚合物是工程塑料中耐热性能最好的品种之一,其制备方法是先由芳香族二元酸酐和芳香族二元胺经缩聚反应生成聚酰胺算,然后经过热转化或化学转化环化脱水形成聚酰亚胺。
16. 橡胶:是一种在大的形变下能迅速而有力恢复其形变,能够被改性的材料,在沸腾的苯、甲乙酮、乙醇-甲苯等溶液中可溶胀,不溶解。
17. 再生胶:是废硫化橡胶经化学、热及机械加工处理后所制得的,具有一定可塑性,可重新硫化的橡胶材料。
18. 硫化剂: 在一定条件下能使橡胶发生交联的物质统称为硫化剂。
19. 硫化促进剂:凡能加快硫化速率、缩短硫化时间的物质称为硫化促进剂。
20. 丁苯橡胶(SBR):是丁二烯和苯乙烯的聚合物,是最早的合成橡胶,聚合方法有乳液聚合和溶液聚合两种。
21. 聚丁二烯橡胶(BR):聚合方法有乳液聚合和溶液聚合两种,以溶液聚合为主,分子结构=22. 集成橡胶(SIBR)是由苯乙烯,异戊二烯,丁二烯作为单体合成的橡胶。
23. 丁基橡胶(IIR):是异丁烯与少量异戊二烯的共聚物,以CH3Cl 为溶剂,以三氯化铝为催化剂,在低温通过阳离子溶液聚合而制得。
24. 乙丙橡胶:是以乙烯,丙烯为主要单体,采用过渡金属钒或钛的氯化物与烷基铝构成的催化剂共聚而成。
主要生产方法是悬浮法或溶液法。
25. 热硫化型硅橡胶是指采用有机过氧化无做硫化剂,经加热产生自由基使橡胶交联的相对分子质量为40-60 万之间的硅橡胶。
26. 热塑性弹性体指在常温下具有橡胶的弹性,高温下具有可塑化成型的一类弹性体材料。
27. S-D-S:S 是聚苯乙烯或聚苯乙烯衍生物的硬段,D 为聚二烯烃或氢化聚二烯烃的软段,主要有聚丁二烯,聚异戊二烯或氢化聚丁二烯烃。
28. SBS:是苯乙烯和丁二烯的嵌段共聚型热塑性弹性体。
填空:1. 最早出现的高压合成法合成的低密度聚乙烯是英国帝国化学公司ICI 在1933年发明的,1952年德国化学家齐格勒用低压合成了高密度聚乙烯。
2. 线型低密度聚乙烯是与少量的a-烯烃(丙烯,1-丁烯,2-己烯,1-辛烯等均可)在复合催化剂CrO3+TiCl+ 无机氧化物载体存在下,在75-90℃及1.4-2。
1MPa 条件下进行配位聚合得到的共聚物。
3. 聚乙烯是一种结晶型聚合物,聚乙烯中晶相含量不同,其密度也不同,由前者决定后者,用高压法值得的聚乙烯一般都是低密度聚乙烯,由低压法和中压法制得的都是高密度聚乙烯。
4. 由茂金属催化剂与甲基铝氧烷助催化剂组成的催化体系用于乙烯的聚合,所得的聚烯烃产物获得许多传统聚乙烯从未有过的独特特性,如相对分子质量高且分布窄,支链短而少,密度低,纯度高,高位伸强度,高透明性,高冲击性,耐穿刺性好,热封温度低等。
5. 按结构不同,聚丙烯可分为等规、间规、无规三类,目前应用的主要为等规聚丙烯,无机聚丙烯不能用于塑料,常用与改性载体,间规聚丙烯为低结晶聚合物,由茂金属催化剂生产,属于高弹热塑材料,其具有透明,韧性和柔性,但刚性和硬度只为等规聚丙烯的一半,可以硫化。
6. 聚丙烯具有优良的抗弯曲疲劳性,强度、刚度、硬度比较高,具有优异的电绝缘性能,主要用于电信电缆的绝缘和电气外壳,具有良好的耐热性,在室温下不溶于任何溶剂,但可在某些溶剂中发生溶胀。
耐候性差,易燃烧。
7. 聚1-丁烯(PB),其制备是把经过脱水脱氧的1-丁烯,以齐格勒-纳塔催化剂在室温常压下进行聚合,得到等规结构的聚1-丁烯。
8. 聚氯乙烯(PVC)是氯乙烯单体在过氧化物,偶氮化合物等引发剂的作用下,或在光,热作用下按自由基聚合反应的机理聚合而成的化合物。
它是有氯乙烯采用本体聚合,悬浮聚合,乳液聚合,微悬浮聚合等方法合成的。
9. 聚氯乙烯在加工成型时鼻血添加稳定剂以减少其热分解,其熔体粘度高,为改善其加工流动性,减少聚合物分子链间的内外摩擦力,在聚氯乙烯中应加入适量的润滑剂以改善物料的加工性能。
10. 润滑剂的作用可以分为内润滑剂和外润滑剂,前者与聚合物的相容性较好,因而可以减低其熔融粘度,防止由于摩擦热过大而引起树脂分解,后者可以在加工机械的表面与聚合物熔体的界面处形成润滑膜的界面层,从而起到避免相互粘着和减少摩擦的作用。
11. 聚苯乙烯类树脂是大分子链中包含苯乙烯的一类树脂,其中包括苯乙烯均聚物及其与其它单体的共聚物、合金等,其中,最主要的三大品种为聚苯乙烯、高冲击聚苯乙烯、ABS 树脂。
12. ABS 树脂制丙烯腈,丁二烯,苯乙烯的三元聚合物,是一种用途广泛的工程塑料。
13. ABS 树脂兼有三种组分的的共同性能:坚韧,质硬,刚性。
丙烯腈使聚合物耐化学腐蚀,具有一定的表面强度,丁二烯使聚合物呈现橡胶状韧性,苯乙烯使聚合物呈现热塑性塑料的加工特性,即良好的流动性,较聚苯乙烯具有耐热,抗冲击强度高,表面硬度高,尺寸稳定,耐化学药品性及电性能良好等特点。
14. 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA )的聚合方法主要是悬浮聚合,其次是本体聚合、溶液聚合及乳液聚合。
悬浮聚合适于制备模塑用的颗粒料或粉状料,本体聚合适于制备板材、棒材及管材等型材。
溶液聚合与乳液聚合分别适用于制备粘合剂及涂料。
15. 聚甲醛(POM):分子链上具有-CH2O-重复单元,是一种无侧链,高密度,高结晶度的线型聚合物,产量仅次于聚酰胺聚碳酸酯。
16. 生产聚甲醛的单体,工业上一般采用三聚甲醛为原料,因为其比聚甲醛稳定,容易纯化,聚合反应容易控制,均聚甲醛是以三聚甲醛为原料,以三氟化硼-乙醚络合物为催化剂,在石油醚中聚合,再经端基封闭而得到的、17. 聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是对苯二甲酸或对苯二甲酸酯与乙二醇缩聚的产物,其制备过程可以采用酯交换法和直接酯化法先制得对苯二甲酸双羟乙酯,再经缩聚后得到聚对苯二甲酸乙二醇酯。
18. 聚对苯二甲酸乙二醇酯的分子链有刚性的苯基,极性的酯基和柔性的脂肪烃基组成,所以其大分子链既刚又硬,且有一定的柔顺性,其支化程度很低,分子结构规整,属结晶型高聚物,但其结晶速率慢,结晶温度高,所以结晶度不高。
19. 聚酰亚胺含有大量的含氮五元杂环及芳环,分子链的刚性大,分子间的作用力强,由于芳杂环的共轭效应,使其耐热性和热稳定性高, 力学性能也好,特别是在高温下的力学性能保持率很高,纯芳香族二胺合成的聚均苯四甲酰亚胺具有最高的热稳定性,而对苯二胺合成的聚均苯四甲酰亚胺热氧稳定性最高.20. 聚砜的结构与性能:聚砜可以看作是有异亚丙基、醚基、砜基和亚苯基连接起来的线型高分子聚合无。
异亚丙基为脂肪基,具有一定的空间体积,减少分子间相互作用力可赋予聚合物韧性和熔融加工性,醚基增加柔顺性,砜基和亚苯基提供了刚性,耐热性及抗氧化能力。
21. 氟塑料是含氟塑料的总称,它与其它塑料相比,具有更优越的耐高、低温,耐腐蚀,耐候性,电绝缘性能,不吸水以及低的摩擦系数等特性,其中尤以聚四氟乙烯最为突出。
22. 天然橡胶的主要成分是顺式-1,4-聚异戊二烯的线型高分子化合物,相对分子质量分布指数很宽,呈双峰分布,相对分子质量在3-3000 万之间,因此其具有良好的物理机械性能和加工性能,在常温下是无定形的高弹态物质,但在较低的温度下或应变条件下可以产生结晶。
23. 乳液聚合丁苯橡胶:是通过自由基聚合得到的,均是高温丁苯橡胶,之后才出现了性能优异的低温丁苯橡胶。
目前所使用的乳液聚合丁苯橡胶基本上为低温乳液聚合丁苯橡胶。
24. 丁二烯聚合时,1,4-键合(顺式和反式结构),1,2-键合(全同,间同和无规结构)的含量和分布是通过选择不同的催化体系加以控制,聚丁二烯橡胶是由上诉几种结构组成的无规共聚物。
25. 反式1,4-聚丁二烯橡胶在室温下呈树脂状。
26. 集成橡胶(SIBR)共聚组成包括苯乙烯,异戊二烯,丁二烯三种;序列结构分为完全无规型和嵌段-无规型两种;为使均聚嵌段PB 或PI 能提供良好的低温性能,要求其中的1,2-结构和3,4-结构的含量低;其分子链结构是线型结构,也可以是星型结构。
27. 丁基橡胶(IIR )的分子主链上还有极少量的异戊二烯,双键含量少,不饱和度极低,在低温下不易结晶,高拉伸状态下出现结晶,是一种非极性的结晶橡胶,其最独特的性能是气密性非常好。
28. 三元乙丙橡胶使用的第三单体主要有三种:降冰片烯(ENB)、双环戊二烯(DCPD)、1,4-己二烯(HD )。
29. 硅橡胶是由硅氧烷与其它有机硅单体共聚的聚合物,按其硫化机理分为三大类:有机过氧化物引发自由基交联型(热硫化型)、缩聚反应型(室温硫化型)、和加成反应型三类。