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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 CH2n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[]CNCH 2 CH CH 2 CH CH CH 2 CH CH 2n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 FF F F C C[]F F 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）6NHC （CH 2）4C OO []n ++nH 2O尼龙662．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。
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高分子材料资源的综合利用与环境保护课件日期:目录•高分子材料概述•高分子材料的生产工艺及资源利用•高分子材料资源的综合利用•高分子材料与环境保护的关系•高分子材料资源的综合利用与环境保护的前景与挑战•案例分析高分子材料概述高分子材料定义高分子材料是指由大量重复的单元组成的材料，通常由共价键连接，其分子量通常在104~106道尔顿之间。
高分子材料分类高分子材料可根据其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、淀粉、蛋白质等，而合成高分子材料包括塑料、橡胶、纤维等。
高分子材料的定义与分类高分子材料在建筑领域中广泛应用于防水材料、保温材料、装饰材料等。
建筑领域高分子材料在电子电器领域中用于制造绝缘材料、导电材料、光学材料等。
电子电器领域高分子材料在汽车制造领域中用于制造汽车零部件、汽车内饰等。
汽车制造领域高分子材料在医疗领域中用于制造医疗器械、药物载体等。
医疗领域高分子材料的应用领域提高高分子材料的性能，如耐高温、耐腐蚀、高强度等，以满足各种领域的更高要求。
高性能化环保化智能化发展可降解、可循环利用的高分子材料，以减少对环境的污染。
将高分子材料与传感器、微电子等技术结合，实现智能化应用。
03高分子材料的发展趋势0201高分子材料的生产工艺及资源利用阐述高分子材料的基本合成原理，包括自由基聚合、离子聚合和配位聚合等。
聚合反应原理介绍高分子材料的常见合成方法，如乳液聚合法、悬浮聚合法和溶液聚合法等。
合成方法绘制高分子材料生产工艺流程图，详细标注各步骤和反应条件。
工艺流程图高分子材料的生产工艺流程资源高效利用探讨如何提高资源利用率，减少浪费，采用可持续的生产方式。
原料来源说明高分子材料的主要原料来源，包括石油、煤炭、天然橡胶等。
节能减排措施介绍生产过程中的节能减排措施，如余热回收、废物再利用等。
高分子材料生产过程中的资源利用列举高分子材料生产过程中产生的废弃物种类，如废水、废气、废渣等。
高分子材料的老化机制与防护在我们的日常生活和工业生产中，高分子材料无处不在，从塑料制品到橡胶制品，从纤维材料到涂料，它们都发挥着重要的作用。
然而，随着时间的推移，这些高分子材料往往会出现性能下降、外观变差等老化现象，这不仅影响了它们的使用效果，还可能带来安全隐患和经济损失。
因此，了解高分子材料的老化机制并采取有效的防护措施具有重要的意义。
高分子材料老化的原因是多方面的，主要包括物理因素、化学因素和生物因素。
物理因素中，最常见的是热和光的作用。
高温会加速高分子材料的分子运动，导致分子链的断裂和重组，从而使材料的性能发生改变。
例如，塑料在高温环境下容易变形、变脆，失去原有的强度和韧性。
而光，尤其是紫外线，能够破坏高分子材料中的化学键，引发光氧化反应。
长期暴露在阳光下的塑料制品，如户外的塑料椅子、塑料管道等，会出现褪色、龟裂等现象，这就是光老化的结果。
化学因素也是导致高分子材料老化的重要原因。
氧气、水分、酸碱物质等都可能与高分子材料发生化学反应。
例如，氧气会与高分子材料中的不饱和键发生氧化反应，生成过氧化物和自由基，进一步引发连锁反应，导致材料的老化。
水分则可能导致高分子材料的水解，使分子链断裂。
在一些工业环境中，酸碱物质的存在会腐蚀高分子材料，加速其老化进程。
生物因素对高分子材料的老化也不容忽视。
微生物、真菌等在一定的条件下可以在高分子材料表面生长和繁殖，它们产生的酶和代谢产物会对材料造成破坏。
例如，木材中的纤维素在真菌的作用下会发生降解，导致木材腐朽。
高分子材料的老化是一个复杂的过程，往往是多种因素共同作用的结果。
而且，不同类型的高分子材料，其老化机制也可能有所不同。
为了延缓高分子材料的老化，人们采取了多种防护措施。
在材料的选择上，应根据使用环境和要求，选择具有良好耐老化性能的高分子材料。
例如，对于户外使用的材料，应选择具有抗紫外线性能的塑料或添加了光稳定剂的涂料。
添加稳定剂是一种常见的防护方法。
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
强氧化剂，比如加入三氧化铬和浓硫酸。
（2）敏化使金属制件表面吸附上一层易于氧化的还原性金属离子，常用的敏化剂有二价锡盐和三价钛盐。
比如加入二水合二氯化锡和浓盐酸和锡粒。
（3）活化为了加快化学镀的沉积速率并使镀层均匀，利用二价锡的还原性将某些贵重金属离子，一般用银离子，使析出银微粒作为晶种。
（4）化学镀。
