2-2 通用树脂及塑料在线视频

同学们 大家好

我是主讲老师柴春鹏

今天我们讲第二节

通用树脂及塑料

通用树脂及塑料

是指产量大 用途广

价格低的一类树脂及塑料

它们的产量占塑料总产量的75%以上

重要的通用树脂及塑料有

聚乙烯 聚氯乙烯 聚丙烯

聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等

首先

我们来了解聚乙烯

聚乙烯简称PE

它是以乙烯为单体

经自由基聚合

或配位聚合方法而获得的高聚物

PE是产量最大的塑料品种

约占世界塑料总产量的五分之一

已有80多年的工业化历史

应用广泛

这是聚乙烯的分子结构式

我们可以看到

聚乙烯分子是无极性的

分子间作用力小

聚乙烯分子链的构形通常是呈锯齿型的

如图所示

这个锯齿的尺距为0.253纳米

尖角是120度

碳碳单键的键长约为0.154纳米

目前聚乙烯主要是根据主链结构

相对分子量大小和不同密度来进行分类

下面我们来看看分类的详情

一是按主链结构的不同

可以把PE分为线性聚乙烯

和支链聚乙烯

线性聚乙烯是只含有极少的

短支链的线性链结构聚乙烯

支链聚乙烯是支化度高

且支链较长的支链形结构聚乙烯

支链结构会影响聚乙烯分子的对称性

和空间规整性

使聚乙烯结晶能力降低

结晶度减小

密度比较低

第二是按照相对分子量大小

可以把聚乙烯分为

低分子量聚乙烯

中等分子量的聚乙烯

还有高分子量聚乙烯

以及特高分子量聚乙烯

和超高分子量聚乙烯等

第三 按照密度的不同

聚乙烯又可分为低密度 中密度 高密度

线性低密度 和超低密度聚乙烯等类型

聚乙烯的性能主要包括

一般性能

力学 热学 电学

环境和加工等性能

那聚乙烯的一般性能

是指它为无毒 无味的白色粉末或颗粒

外观呈乳白色

有似蜡的那种手感

吸水率比较低

聚乙烯是典型的软而韧的聚合物

除冲击强度较高外

其它力学性能绝对值在塑料材料中

都是比较低的

它的力学性能主要受密度 结晶度

和相对分子质量的影响

如聚乙烯的密度增大

除韧性以外的力学性能

都会有所提高

聚乙烯的耐热性不太高

耐低温性能比较好

它的比热容和热导率比较大

不易作为绝热材料选用

聚乙烯分子结构中没有极性基团

所以具有介电损耗低

介电强度大的优异电性能

既可以作为调频绝缘材料

耐电晕性塑料

又可以作为高压的绝缘材料使用

由于聚乙烯分子中含有少量的双键和醚键

其耐候性不是很好

在大气 阳光和氧的作用下

会发生老化 变色 龟裂

变脆和粉化

丧失它的力学性能

聚乙烯有比较好的流动性

加工温度比较低

是一种加工性能很好的塑料

聚乙烯的生产方法主要有

高压法 中压法和低压法

在这个表中

我们对比了这三种生产方法的操作条件

转化率 反应机理

实施方法 工艺流程

生产出聚乙烯的结构性能

建设投资和操作费用等

我们来看

高压法用来生产的是低密度的聚乙烯

这种方法开发比较早

用此法生产的聚乙烯

至今约占聚乙烯总产量的三分之二

但是随着生产技术和催化剂的发展

其增长速度已大大落后于中低压法

虽然中低压法生产聚乙烯的工艺流程相对复杂

但它们的单体转化率高

建设投资的费用较低

聚乙烯的应用广泛

其薄膜类的制品是主要的加工产品

其次是注塑制品和中空制品

另外还有管材类的 丝类的和电缆等制品

这个表中我们列出了各类制品对应的产品

我们可以看到

聚乙烯被广泛的应用于包装

农业 交通 日常生活等方面

那么 聚乙烯的介绍就到这里

有关聚乙烯改性和典型聚乙烯品种等内容

请同学们课后自学

下面我们来介绍产量位居世界第二的

聚氯乙烯树脂及塑料

聚氯乙烯简称PVC

它的分子结构式如图所示

PVC是按自由基聚合反应机理

聚氯乙烯

单体多数是以头尾相连构成的线性聚合物

PVC中 氯原子和氢原子在空间无序排列

所以凝聚态的结构是无定型的

制品的结晶度很低

在PVC分子链上存在短的

立构规整结构

随着聚合反应温度的降低

间同立构规整度会提高

例如

在约零下60摄氏度聚合而成的这个PVC

间同立构规整度就高达65％

聚氯乙烯的分类通常有三种依据

第一是按照相对分子质量的大小来分

如果平均聚合度在500到1500的这个是

通用型的聚氯乙烯

平均聚合度大于1500的这种

为高聚合度的聚氯乙烯

二是按照形态不同分为粉状和糊状的PVC

粉状的PVC主要是用于生产压延和挤出制品

糊状的PVC主要是用于制造

壁纸 人造革

以及乳胶手套等

第三是按照树脂结构不同

可以把PVC分为紧密型和疏松型两种

其中紧密型的PVC树脂粒径比较小

表面规则

呈球形

用于硬制品的生产

疏松型的PVC树脂粒径比较大

表面不规则 多孔

呈棉花球样

用于制造软制品的生产

那么聚氯乙烯的性能

主要如下

首先是常规性能

聚氯乙烯树脂是一种白色或者是淡黄色的粉末

比重在1.35~1.45之间

PVC制品的软硬度

可以通过加入增塑剂的含量来调节

能做出不同软硬度的制品

纯的PVC的吸水率和透气性都很小

力学性能方面

PVC具有较高的硬度和力学性能

随着分子量增大

力学性能是提高的

但随温度的升高力学性能会降低

PVC中加入的增塑剂含量不同

对力学性能影响是很大的

力学性能会随着增塑剂含量的增加而下降

在热学性能方面

PVC的热稳定性是比较差的

纯PVC树脂

在140摄氏度时候就开始分解了

到180摄氏度时候就立刻加速分解

PVC的熔融温度又在160摄氏度

因此 纯PVC树脂

是很难用热塑性的方法去加工的

在电学性能方面

PVC的电绝缘性是比较好的

但它不如聚乙烯和聚丙烯

PVC的电性能会受到温度

频率 添加剂品种等的影响会较大

自身的耐电晕性不好

一般只适用于低压和低频绝缘的材料

环境性能方面

PVC在光 氧 热的长期作用下

容易发生降解

引起聚氯乙烯制品颜色的变化

PVC具有较好的耐溶剂性和耐腐蚀性

能耐多数的无机酸碱 盐

和很多非极性的有机溶剂

PVC在一些极性溶剂中会溶胀和溶解

增塑剂的加入

会劣化PVC的耐化学药品性能

在加工性能方面

PVC的加工稳定性不好

熔融温度160度

刚才说了它是高于分解温度的

不进行改性是难以用熔融塑化的方法来加工的

那么改性方法

一是加入热稳定剂

提高PVC分解温度

使其在熔融温度之上

第二种是加入增塑剂

降低PVC的熔融温度

使其在分解温度之下

聚氯乙烯的生产呢

是可以选择悬浮聚合 乳液聚合

本体聚合和溶液聚合

对这四种聚合方法进行比较

我们可以看到悬浮法

生产PVC的技术

是易于调节品种

生产过程易于控制

设备和运行费用是相对低的

易于大规模组织生产

是诸多生产工艺中最主要的生产方法

约占80%以上的PVC树脂

都是通过悬浮聚合来生产的

乳液聚合生产

是容易连续化的

产品颗粒细

但是 后处理比较复杂

杂质含量比较多

电绝缘性 热稳定性及色泽都比较差

一般会适用于做PVC糊

制人造革或者是浸渍产品

本体聚合工艺是很简单的

树脂纯度高 性能也优异

适宜制造高透明度的产品

但是这种聚合方法 反应热不易排除

溶液聚合成本高

树脂和溶剂回收工艺复杂

仅限于制造特殊的PVC涂料用

PVC具有良好的物理及力学性能

在工业 农业 建筑 交通运输

电力 电讯 和包装等领域都能被广泛的应用

比如它可以作为管材

地板革

电线电缆

包装膜

发泡材料

密封材料等等

有关PVC改性的内容

请同学们课后自学

下面我们来学习聚丙烯

聚丙烯简称PP

分子结构式如图所示

PP外观上是白色的蜡妆体

是塑料中比较轻的品种

聚丙烯是由配位聚合得到的

头尾相接的线性聚合物

其分子中含有甲基

按甲基排列位置不同

有三种立体构型

分别为全同立构

间同立构和无规立构

在三种立体异构体中

全同和间同立构聚丙烯都属于有规聚丙烯

有规聚丙烯的结晶度是比较高的

聚丙烯的性能主要介绍一般性能

力学 热学 电学

环境和加工性能等

聚丙烯树脂一般是无毒无味的白色蜡状固体

密度约在0.89~0.92g/cm3之间

是通用塑料中密度最小的品种之一

力学性能方面

聚丙烯与聚乙烯相比

其强度 刚度和硬度都比较高

光泽性也比较好

但在塑料中仍属于偏低的

耐环境应力开裂性优于聚乙烯

聚丙烯具有良好的耐热性

熔点为160到170摄氏度

长期使用温度可以达到100到120摄氏度

可耐沸水温度

可用作热水管道

PP制造的医疗器具是可以进行蒸煮消毒的

聚丙烯为非极性的树脂

具有优良的电绝缘性

介电系数和介电损耗比较小

具有良好的高频特性

共聚PP介电损耗更小

但存在低温脆性

PP在绝缘领域的应用不如PE和PVC广泛

环境性能方面

由于主链上叔碳原子的氢易被氧化

所以聚丙烯的耐候性要差一些

它对热 光 氧的稳定性会比聚乙烯要差

据丙烯制品易发黄 变脆甚至粉化

加工性能方面

PP熔融温度较高

但熔体粘度比较低

流动性还比较好

是一种比较容易加工的树脂

聚丙烯的生产工艺主要有

溶液法 淤浆法

气相本体法和液相本体法等

在这个表中我们进行了对比

那么我们可以看到

溶液法生产聚丙烯的工艺流程比较长

无规物多 生产成本高

已逐渐被淘汰了

淤浆法因生产过程复杂

经济效益差

产品用途不广而不再发展

气相本体法工艺传热情况良好

反应温度均匀

设备生产能力高

但操作技术要求也比较高

循环丙烯所消耗的动力比较大

液相本体法生产聚丙烯的工艺流程相对短

设备少 投资省

经济效益显著

且基本消除了三废

所以这种方法是具有较大优势的

聚丙烯树脂性能优良

价格低廉

目前已被广泛应用到化工 建筑

家电 包装 农业 国防

交通运输 民用塑料制品等各个领域

在聚烯烃树脂中

是仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的第三大塑料

接下来 我们介绍聚苯乙烯

聚苯乙烯 简称PS

是由苯乙烯单体通过自由基聚合而成的

它的分子结构式

如图所示

聚苯乙烯的化学结构比较稳定

带有弱极性

通常为无规结构

规整性比较差

同时由于苯环的位阻效应

结晶能力比较弱

苯环阻碍了C-C键的内旋转

使聚苯乙烯大分子链运动困难

增大了聚苯乙烯分子的刚性

那聚苯乙烯的主要的种类

有普通聚苯乙烯

简称GPPS

高抗冲聚苯乙烯 简称HIPS

发泡聚苯乙烯 简称EPS

及间规聚苯乙烯 简称sPS

普通聚苯乙烯树脂是无定形聚合物

具有透明度高 刚度大

玻璃化转变温度高 性脆等特点

那高抗冲的这种聚苯乙烯

是为改善普通聚苯乙烯脆性大

耐热性低的这个缺陷

通过机械共混和接枝聚合法

把一定量的橡胶引入到PS中

制备得到的一类聚苯乙烯

发泡聚苯乙烯是在普通聚苯乙烯中

浸渍低沸点的物理发泡剂制成的

加工过程中受热发泡

专用于制作泡沫塑料产品

间规聚苯乙烯是分子链中

苯环在分子链两侧交替有序排列

具有较高的结晶度

聚苯乙烯的一般性能是无色透明的粒料

制品硬似玻璃状

落地或敲打是会发出类似金属的声音

能断 但不能弯

断口处呈现蚌壳色银光

聚苯乙烯的力学性能主要表现为硬而脆

没有延伸性

拉伸至屈服点附近即断裂

聚苯乙烯的拉伸强度和弯曲

在通用的热塑性塑料中最高

但冲击强度很小

难以用做工程塑料

另外 聚苯乙烯的耐磨性比较差

耐蠕变性一般

聚苯乙烯的耐热性能不好

热变形温度仅为70到90摄氏度

只可长期在60-80摄氏度温度范围内使用

聚苯乙烯的耐低温性也不好

脆化温度为零下30摄氏度

聚苯乙烯的热导率低

线膨胀系数较大

与金属相差悬殊

所以聚苯乙烯制品是不易带金属嵌件的

聚苯乙烯的电绝缘性优良

且不受温度和湿度的影响

介电损耗角正切值小

可耐适当的电晕放电

耐电弧性好

适用于高频绝缘材料

聚苯乙烯的耐候性不太好

其耐光 氧化都很差

不适于长期在户外使用

但是聚苯乙烯的耐辐射性能比较好

聚苯乙烯的流动性非常好

是一种易于加工的塑料

它的吸水率比较低

在加工前一般是不需要干燥的

那节省了加工的这个工艺成本

聚苯乙烯工业生产主要是采用自由基聚合反应

实施方法有本体 悬浮

乳液和溶液聚合

其中本体聚合得到的聚苯乙烯

纯净度最高

主要用于制造对电性的要求比较高的制品

悬浮聚合获得的聚苯乙烯分子量高

分子量分布窄

但纯度不如本体聚合的聚苯乙烯

可用来制造一般日用和工业用品

以及聚苯乙烯泡沫塑料

乳液聚合主要是用于涂料和

聚苯乙烯泡沫塑料

溶液聚合主要是用以配置清漆来用的

聚苯乙烯作为电器制品

透明制品和包装材料被广泛应用于仪表外壳

各种电器的配件

高频的电容器 光学仪器

透明模型 灯罩

仪器罩壳 泡沫塑料

包装和隔热材料等

有关聚苯乙烯的共聚物如ABS

SAN AAS等内容

请同学们课后自学

下面我们来学习聚甲基丙烯酸甲酯

聚甲基丙烯酸甲酯简称PMMA

俗称是有机玻璃

它还有一个俗称

大家可能都听过

它叫亚克力

那我们装裱画的时候

现在这个透明的

就不用玻璃了

不用无机的玻璃

而是用的是亚克力板

这个就是聚甲基丙烯酸甲酯

聚甲基丙烯酸甲酯

是由丙烯酸甲酯自由基聚合反应

得到的高分子

聚甲基丙烯酸甲酯的分子结构式

如图所示

聚甲基丙烯酸甲酯大分子链上的甲基和甲酯基

它破坏了分子链的空间规整性

大分子链呈无规立构

是无定型的 难以结晶

是一种典型的非晶透明聚合物

大分子链上不对称的取代基

妨碍了大分子的内旋转

因而具有一定的刚性

致使它的玻璃化转变温度

要比聚乙烯高得多

另外 PMMA具有极性

使分子间的作用力比PS大

熔体粘度较高

加工性能略差

PMMA无毒无味

密度只有普通玻璃的一半

具有十分优异的光学性能

透光率能达到90%~92%

比普通玻璃的透光度要高很多

折射率是1.49

可透过大部分的紫外线和红外线

雾度不大于2%

PMMA还是一种质轻而坚韧的材料

在常温下具有优良的拉伸

弯曲和压缩强度

但冲击强度一般

且对缺口敏感较大

表面硬度一般

易于划伤

耐磨性能较差

抗银纹的能力也较差

PMMA的耐热温度不高

长期使用温度仅为80摄氏度

氧指数为17.3

是一种易燃的塑料

PMMA由于分子中极性较大

电性能不如聚乙烯好

其介电常数也比较大

所以主要用作高频率的这种绝缘材料

PMMA的耐候性好

长期在户外使用

性能下降很小

并且对臭氧和二氧化硫等气体

具有良好的抵抗性能

PMMA的熔体粘度要比PE PS都高

所以它的加工温度范围比较窄

超过260摄氏度以上就会分解

加工的时候要严格的控制温度

以防止过热

PMMA的工业生产主要有

本体 悬浮 乳液和溶液聚合方法

对比这四种工业生产方法

本体聚合主要是经过制浆 灌浆

聚合 脱膜等过程

反应温度比较高

这种方法主要来生产

板 棒 管状的有机玻璃

悬浮聚合 体系的粘度低

容易散热

产品中的悬浮剂需要分离

洗涤 干燥等工序除去

所以主要的产品

是常用于模塑粉

和注塑成型的这种PMMA原料

乳液聚合生产是可以连续操作的

乳液聚合产品可以直接作为皮革

或者是织物处理剂来使用

溶液聚合的这个速度比较慢

溶剂容易造成污染

产品主要是做油漆用的

目前PMMA溶液聚合的应用比较少

那PMMA作为性能优异的透明材料

它被广泛的用在以下几个方面

比如说灯具

照明器材

例如各种家用的灯具 荧光灯罩

汽车尾灯 信号灯 路标

还可以做光学玻璃

例如制造各种透镜

反射镜 棱镜 电视机荧屏

相机 透光等

制备各种仪器仪表的表盘

罩壳 刻度盘

制备光导纤维

商品广告橱窗 广告牌

还有飞机座舱的这个玻璃

也可以用PMMA来做

飞机和汽车的一些防弹玻璃

它这种是中间带夹层的一种PMMA的材料

另外PMMA也可以用在

各种的医用 军用

建筑用等的这个玻璃方面

那有关PMMA的成型加工的这个内容

就请同学们课后自学一下

好 这节课我们就讲到这里

同学们再见