1、1教学进度表（40 学时）第一周 绪论（2）第二周 塑料添加剂（2）第三周 热塑性塑料（2）第四周 热固性塑料、工程塑料（2）第五周 橡胶（天然橡胶） （2）第六周 合成橡胶（2）第七周 纤维（天然纤维） （2）第八周 合成纤维（2）第九周 涂料组成、油基涂料（2）第十周 合成树脂涂料（2）第十一周 功能高分子材料简介（2）第十二周 化学功能高分子材料（离子交换树脂）第十三周 化学功能高分子材料（高吸水性树脂）第十四周 高分子絮凝剂、光功能高分子材料第十五周 光刻蚀剂、光致变色材料第十六周 电功能高分子材料（3）第十七周 高分子液晶（3）第十八周 复合高分子材料、纳米高分子材料（4）2第一章
2、绪论1高分子材料在国民经济中的地位材料、能源、信息是当代科学技术的三大支柱，而材料科学又是一切技术发展的物质基础。人类的生活和科技的发展离不开材料，同时，新材料的出现往往又推动社会的发展和生活的改善，人类使用自己制造的材料已数千年的历史了，但材料做为一门科学却仅有几十年的时间。材料科学是一门新兴的学科，是众多基础学科和应用学科相互交叉、渗透、融合的一门综合学科，对材料科学的深入研究，具有重要的现实意义。高分子材料是材料领域中的新秀，但却给材料领域带来重大变革。目前，高分子材料已经在高新技术，国防建设和国民经济各个领域得到广泛应用，已成为国民经济各个领域不可缺少的材料，可以这样说，没有高分子材料
3、，就没有我们今天的文明生活，高分子材料由于原料来源丰富，制造工艺简单，用途广泛，品种繁多，节省能源，在材料领域中的地位日益突出，不但在数量上，而且在品种上每年都在以较大的百分数增长，用以满足工农业生产和人们日常生活的需要，并为发展高新技术提供更多更有效的结构材料功能材料和专用材料。材料科学主要研究材料的制备、结构、性能和加工以及它们之间的相互关系，高分子材料科学主要研究高分子材料的制备、结构与材料性能之间的关系；探索加工工艺对材料性能的影响；为改进加工工艺，提高高分子材料的性能和合理利用、开发新的高分子材料、改进现有的加工工艺，开拓新的应用领域提供理论依据，从材料的化学组成和结构（包括分子结构
4、和聚集态结构）上阐明材料性能变化的规律性。在此基础上，达到提高产品质量，改进加工工艺，更合理更有效利用高分子材料的目的，并最终实现按预定性能设计和制备新材料，更好地为国民经济建设服务。材料的结构决定了其用途，而材料的性能又决定其使用范围。人们对材料性能的不断更新的要求又反过来促使人们去制备和设计出新的材料。人类与材料固有的关系由原先材料固有的性能决定应用，转变到先有性能的需要，再去研制能满足这种性能的材料，也就是逐步达到分子设计和材料设计的目的。2材料的类别材料从不同角度出发，有许多不同的分类方法，按化学组成分类可分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料及复合材料。按结构形态分类，可以分为
5、单晶、多晶、非晶和复合材料等。按材料所起的作用分，可分为结构材料和功能材料两种。此外，也可按使用的领域分为电子材料、耐火材料、医用材料、耐蚀材料、建筑材料、工程材料等不同类型。3耐 蚀 材 料 等医 用 材 料 耐 火 材 料电 子 材 料 机 械 材 料建 筑 材 料按 使 用 领 域 分功 能 材 料结 构 材 料按 作 用 分 非 晶 材 料复 晶 材 料单 晶 材 料按 结 构 分 复 合 材 料有 机 高 分 子 材 料无 机 非 金 属 材 料金 属 材 料按 化 学 组 成 分材 料 ,21 金属材料金属材料分为两种，一种以纯金属使用，另一种由几种金属适当加入某些其它物质，以提供
6、其特殊性能，我们称之为合金，如钢、青铜、铝合金、钛合金等。工业上又把金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属通常指铁和铁基合金，是工为业上应用最广泛，产量最大的金属材料。其中又以铁碳合金，包括碳钢、合金钢、不锈钢、和铸铁为主，碳钢又叫碳素钢，根据含碳量的多少分为低碳钢、 （含碳 0.25%以下） 、中碳钢（含碳 0.30%-0.60%）和高碳钢（含碳 0.60%-2.00%） 。合金钢是含有一定量的其它元素的钢，常用的元素有铬、钼、钨、铜、铝、镍、钴、锰、钛、钒、钽、硼、硅等，种类繁多，广泛应用于国民经济各个领域，合金钢根据其组成和用途可以进行不同分类，如按合金中，其它元素的不同含量可以
7、分为低合金钢（其它元素总含量一般在 3%-5%以下） 、中合金钢（其它元素总含量在 5%-10%）和高合金钢（其它元素总含量在 10%以上）三大类。根据其它元素的种类，可以分为镍钢、钼钢、锰钢、铬钢、钨钢、硼钢、铁钒钢、锰硅钢等。另外，根据用途又可以分为结构合金钢、工具合金钢和特种合金钢（如不锈钢） ，不锈钢是一类可以耐酸、碱、盐腐蚀的特种钢的总称，主要是含铬合金钢，一般含铬量不低于 12%，这种钢暴露于氧气中时，在其表面形成一层薄的氧化铬，对表面起保护作用，因而具有优良的耐腐蚀特性。常用的有铬不锈钢和铬镍不锈钢两类，铸铁是含碳量大于 2%的铁碳合金，同时还含有少量的硅、锰和硫、磷。不同的铸造
8、工艺可以得到不同类型不同用途的铸铁。有色金属通常指除了铁和铁合金以外的其它金属，可以分为四类：（1）重金属，如铜、锌、铅、镍等；（2）轻金属，如钾、钠、钙、镁、铝等；（3）贵金属，如金、银、铂等；（4）稀有金属，如锗、铍、镧、铀等，由于稀有金属在现代工业中的作用日益增强，还有一种分类法是将稀有金属从有色金属中划出与黑色金属、4有色金属并列为三大类，有色金属里还包括以这些金属为主生产的合金，如铝合金、钛合金、铜合金等。22 无机非金属材料由金属以外的无机化合物或元素构成的材料通称无机非金属材料，主要为硅酸盐材料。硅酸盐是地球上存在量最大的矿物，由 SiO2 和不同的氧化物结合可以形成不同的硅酸盐
9、。按其使用情况可以分为玻璃、陶瓷和水泥三大类。随着科学技术的发展，在原有硅酸盐的基础上相继研制出许多新型的无机材料，如锗和硅是目前半导体工业所用的主要材料，还有用焦碳和石英砂制成的碳化硅材料以及氮化硼、钛酸钡铁电体材料等。23 高分子材料高分子材料也称为高聚物材料，它是以高分子化合物为基体，再配以其它添加剂（也叫助剂）所构成的一类材料的总称。高分子材料有各种不同的分类方法，按来源可以分为天然高分子材料和合成高分子材料。按性能和用途又可以分为塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料、功能高分子材料及聚合物基复合材料。按高分子主碳结构分又可以分为碳链高分子材料，杂链高分子材料和元素有机高分子材料三大类。24
10、 复合材料由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质以不同方式组合，而得到一种具有复合效果的多相固体材料称之为复合材料，所谓复合效果就是组合的复合材料其性能优于原先材料各自性能或具有新的性能特点。复合材料一般由连续相的基材（如树脂基、陶瓷基、金属基等）和分散相的增强材料（如纤维、织物、金属丝及粉末填料等）所组成。如玻璃钢就是用玻璃纤维或玻璃布增强的塑料，其制造方法是在不饱和树脂中加入苯乙烯和固化剂，然后涂布于玻璃纤维或玻璃布上，再经固化成型而得。其基体材料除不饱和树脂外还可用环氧树脂，酚醛树脂等。近年由于碳纤维的开发利用，以碳纤维作为增强材料的复合材料正在迅速发展。复合材料具有非常高的比强度和比
11、模量，被广泛使用于航空、航天、导弹、核武器等领域。3高分子材料的发展趋势31 高分子材料科学研究发展趋势随着生产和科技的发展，对高分子材料性能提出各种各样新的要求。但总的来说，今后高分子材料总的发展趋势是高性能化高功能化、复合化、精细化和智能化。311 高性能化5随着航空、航天、电子、信息技术、汽车工业、兵器工业、家用电器等工业领域的需要发展，对材料提出了许多新的要求，要求其机械性能、耐热性，耐久性、耐腐蚀性能进一步提高。因而，高性能材料的开发和研究是材料科学领域科研的一个主要方面，高分子材料高性能化研究主要包括单一高分子材料的高性能化，通过改性技术高性能化以及于此研究相适应的高分子材料评价技
12、术的研究。高分子材料高性能化主要有：（1）创造新的高分子聚合物；（2）通过改变催化剂或催化体系，合成工艺及共聚、共混、交联、结晶等进行高分子改性；（3）通过新的加工方法，改变聚合物的聚集态结构、达到高性能化；（4）通过微观复合方法，例如原位复合、分子复合、自增强，达到高性能化，对现有品种的改性是今后提高高分子材料性能、发展新品种的主要途径。312 高功能化功能高分子材料是材料领域最具活力的新领域，虽处于开发初期阶段，但已在研究的深度和广度上获得一定进展，出现了一大批具有各种各样新功能的高分子材料，主要包括化学功能高分子材料，电磁功能高发子材料，光功能高分子材料，生物功能高分子材料等。如，可以像
13、金属一样导电和导热的导电、导热性高聚物，能吸收自重、几千倍的高吸水性树脂，可用于制造大规模集成电路的光刻胶，要以作为人造器官的医用高分子材料等。可以预期，随着科技的发展，将会有更多更好的高功能高分子材料问世。功能高分子材料的明天将会更灿烂。313 复合化复合材料可以克服单一材料的缺点和不足，发挥不同材料的优点，扩大高分子材料的应用范围，提高其经济效益。复合材料是材料工业的发展方向，高分子材料是复合材料的基体，同时许多高性能的增强材料也是高分子材料。如玻璃纤维增强树脂复合材料，当前已大规模地生产和应用，占高聚物复合材料的绝大部分，主要应用于汽车、建筑、船舶等领域。高性能结构复合材料是新材料革命的
14、一个重要方向，目前主要应用于航空、航天、兵器、造船、海洋工程等方面，其中应用最多的就是高性能高聚物复合材料。当前复合材料基体树脂主要是热固性树脂，但利用热塑性树脂作为基体开发复合材料近年研究也很活跃。复合材料今后的研究方向主要是：（1）高性能、高模量的纤维增强材料的研究与开发；（2）合成具有高强度，优良的成型加工性能和优良耐热性的基体树脂；（3）界面性能，粘接性能的提高及评价技术的改进；（4）确立无损检验技术，提高复合材料可靠性；（5）微观复合与宏观复合的综合利用；（5）新的成型加工技术的开发。314 精细化近几年，随着信息技术的迅猛发展，要求所用材料及加工技术进一步向高纯化、超净化、精细化、
15、功能化方向发展。例如，超大规模集成电路用光致抗蚀剂，目前光刻工艺分辨率可达 1m-2m ，实验室水平可达 0.1m。为了发展亚微米级（0.01m）和纳米级（0.001 m ）的超微细光刻工艺，除了要发展适于波长更短的光源曝光的新型光致抗蚀剂，还要改进光刻工艺，由于信息技术发展而兴起的有6机电子材料，如有机导体和超导体、有机半导体、光导体、有机铁磁体相继开发成功，而且这一领域目前研究日益活跃，前途不可限量。315 智能化赋于材料智能化是一项富有挑战性的重大课题，智能材料是使材料本身带有生物所具有的高级智能，例如预知预告性，自我诊断，自我修复，认识识别能力、刺激反应性，环境应答性等种种特性，对环境
16、变化可以作出合乎要求的应答，例如开发出事先能预告疲劳、裂缝和寿命的材料；对环境变化、折射率、透光率、反射率会作出相应变化的光学材料；根据人体的状态，控制和调节药剂释放的微胶囊材料，根据生物体生长或愈合的情况，或继续生长或发生分解的人造血管，人工骨等医用材料。由功能材料到智能材料，是材料科学的又一次飞跃，它是新材料、分子、原子级工程技术、生物技术和人工智能诸多学科相互融合的一个产物。32 高分子材料生产技术发展趋势高分子材料生产技术的发展，主要体现在二个方面，一是改进原有品种的性能或者生产具有新功能的高聚物，另一方面必须在技术上着眼于工艺技术的合理化，自动化和最佳化，在生产中必须重视节省能源、消
17、除污染。因此，产品质量的提高以及工艺技术的完善与最佳化，将成为今后高分子材料生产技术的发展趋势。321 综合利用资源、强化生产、简化工艺，实现连续化、自动化、最佳化在目前及今后相当长一段时间，制备高分子材料的原料仍将以石油和天然气为主，但从油脂、煤及农副产品为原料制备高分子材料的趋势将会日趋强烈。对石油及天然气也要注意综合利用，例如 C3 以上成份的合理充分利用；一些烷烃，合成气及其它工业副产物的综合利用也要引起重视，农副产品属可再生资源，取之不尽，用之不竭，由其生产高分子材料具有极强的生命力和广阔的发展空间。开发高效催化剂和引发剂，缩短聚合反应时间，提高生产率是高分子材料生产技术发展的又一领
18、域。目前在聚烯烃生产中，高活性高定向的高效催化剂已逐步取代常规催化剂，这种趋势仍将继续。在高分子材料合成中，改变催化剂或改变其组成状态都可以改变高聚物的微观结构，并得到不同性能的产品。这也是生产技术发展中开发高效催化剂的一个方面工作。高分子聚合物只有通过成型加工才能成为有使用价值的产品，高分子加工是高分子材料生产中不可缺少的环节。高速化、大型化、自动化是高聚物加工手段的发展趋势。它主要通过对现有加工方法的完善、改善和合理化。其中最主要的是生产过程自动化和电子计算机的普遍应用。缩短成型周期，简化加工工艺，改进成型方法，发展直接成型越来越受到重视。在成型加工中，诸如激光、多种粒子束、超声波、等离子
19、体、微波、磁场诸多新技术的应用已将引起广泛注意，并取得一定成效。另外，合成材料加工助剂的发展也应引起重视，今后的发展趋势是开发高性能、多功能、对环境友好的助剂新品种。322 节省资源、能源、防治污染在以后高分子材料生产中，不论是合成单体，或是聚合工艺，乃至加工成型其7技术发展的出发点都要着眼于节省能源，资源和对环境友好。随着高分子材料消费量的快速增长，相应的废弃物也会越来越多，对高分子材料废弃物的处理和再利用，也是高分子材料生产技术发展中的一个迫切需要解决的问题。33 高分子材料性能测试及评价技术高分子材料评价技术对其工业开发及利用起着重要的作用。材料评价技术包括对材料性能的评价及判定，以及材
20、料测试技术两个方面。对高分子材料而言，在不同使用环境下，如何预测制品的性能，尤其是耐候性、耐久性，使用寿命的预测是很有实际意义的，但现在还没有一套比较成熟的方法有待进一步研究，主要包括要研究开发和建立在极端环境下材料使用可靠性的实验方法，以及对材料结构缺陷的分析（包括点缺陷、线缺陷和面缺陷）和无损检测技术，还要解决高精度的结构测定和功能评定技术在高分子材料的生产制造和应用研究中的应用。应从高分子科学基础出发，结合具体问题综合研究来控制质量，提出比较容易测定，又能在本质上表达复杂结构或性能主要特点的表征参数，从而较好的解决实际问题。34 高分子分子设计和材料设计根据需要合成具有特定性能或功能的高
21、分子材料，即所谓的“高分子分子设计”和“材料设计”目前正在开展的工作有下面几个方面：（1）深入研究组成、结构和性能（或功能）之间的关系，找出定性、定量关系，这是所指的结构不仅包括分子结构、聚集态结构，还包括通过填充、共混复合所形成的复杂结构。 （2）按需要合成具有特定链结构的高聚物，这些链结构包括：链节单元、聚合度、支化度、支化定向、定序、定交联点。 （3）研究在加工成型时，按需要产生一定的聚集态结构、高次结构以及成型条件、工艺参数的内在联系和相互关系。 （4）将高分子材料科学与现代信息技术相结合，开发高分子分子设计的软件，计算机辅助合成路线选择软件、计算机辅助材料选择的专家系统以及建立高分子
22、材料数据库。此外，还包括正在进行的分子和原子一级水平设计和合成高分子材料的研究。第二章 通用高分子材料21 塑料211 塑料概述2111 塑料的定义及分类定义：以合成或天然高聚物为基本成分，并配以一定的高分子助剂，如填料、增塑剂、稳定剂、着色剂等经加工可塑成型，并在常温下保持形状不变的材料，称之为塑料。作为塑料基础成分的高聚物，不仅决定塑料类型而且决定塑料的主要性能。同8一种高聚物，由于其制备方法、工艺条件及加工方法不同，即可作塑料，也可作纤维或橡胶使用，如尼龙既可作塑料也可作纤维。塑料有各种不同的分类方法：如按材料的受热行为分：可分为热固性塑料和热塑性塑料。按塑料的使用功能分：把产量大、价格
23、便宜，原料来源丰富应用面广的塑料称为通用塑料，例聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯，酚醛塑料和氨基塑料，占塑料总量的 80%，其力学性能、热性能都比较差，主要作为非结构材料使用。另一类为工程塑料，具有优良的力学性能、热性能、尺寸稳定可以作为结构材料使用，如聚四氟乙烯、聚酰胺、聚甲醛等。按化学结构分：可分为聚烯烃、聚苯乙烯类、丙烯酸类、聚酰胺、聚酯类、聚砜类、聚酰亚胺类。2112 组分和作用塑料根据组分数目可分为单组分塑料和多组分塑料。单组分塑料基本上由高聚物组成，如聚四氟乙烯。大多数塑料为多组分体系，除高聚物外，还加入添加剂（高分子助剂） 。高聚物，助剂和加工工艺是影响高分子材料制品质量的三大
24、要素。其中，助剂起着很重要的作用。助剂可以改善材料的加工性能，使用性能并可降低成本，可以说，没有助剂，就没有高分子材料工业。例如，如果没有热稳定剂，聚氯乙烯就成为不可加工的树脂。助剂的分类方法很多，有时一种助剂能起到多方面的作用，所以很难截然分开。若按功能来分，可以分为：（1）稳定化助剂：是指为防止或延缓高分子材料在贮存加工以及使用过程中老化和变质而加入的助剂，包括抗氧剂，光稳定剂、热稳定剂，防霉剂等；（2）提高机械性能的助剂：主要指填料和增强剂；（3）改善加工性能的助剂：包括润滑剂、偶联剂、抗静电剂等；（4）其它用途的助剂：如阻燃剂、发泡剂、着色剂等。下面就主要的助剂作一简单介绍：（1）填料
25、和增强剂：增强剂可以大大提高塑料制品的强度和刚性，最常用的为纤维材料，如玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维、石墨纤维和硼纤维等。填料的主要功能是降低成本和收缩率，还在一定程度上改善塑料的某些性能。如模量、硬度、降低蠕变等。填料品种很多，主要有石英砂、硅酸盐（云母、滑石粉、陶土、石棉） 、碳酸钙，金属氧化物，炭黑等。增强剂和填料的增强效果取决于它们和高聚物界面分子之间相互作用的状况，常用偶联剂来处理填料及增强剂，以增加其与高聚物之间的作用力，更好地发挥增强效果。（2）增塑剂定义：凡是能增加高聚物的塑性、改善加工性能，赋于制品柔韧性的物质统称9为增塑剂。增塑剂通常为沸点高、挥发性小的液体或低熔点固体，能较
26、长时间贮留在高聚物内部，以保持制品的柔韧性。增塑剂的作用就在于削弱高聚物分子链间的作用力，以降低其软化温度、熔融温度和玻璃化温度，通常玻璃化温度降低值与增塑剂的体积分数成正比。由于玻璃化温度的降低，从而改善了高聚物的加工性能和提高了制品的柔韧性。作为一种理想的增塑剂，首先应与高聚物有良好的相容性，相容性好必然增塑效果好，制品柔韧性好，增塑剂也不会随时间推移而渗出，所以使用寿命长。增塑剂从结构上看，主要是由高级一元醇和有机二元酸形成的酯，其中用量最大的邻苯二甲酸酯类，约占消费总量的 80%-85%，以邻苯二甲酸二辛酯、二丁酯为代表。此外还有脂肪族二元羧酸类。磷酸酯类和环氧酯类。（3）热稳定剂高分
27、子材料在加工、贮存，使用过程中，由于内外因素的影响，导致性能变坏，最终丧失使用价值，此类现象叫老化，老化的实质是材料的基本成份高聚物发生了降解或交联两类不可逆化学反应。如何采取防老化措施，以达到延缓其老化速度，延长其寿命，这就是高分子材料的稳定化。为了达到稳定化目的而加入的一些助剂叫稳定剂。凡是能增加高聚物热稳定性的助剂叫热稳定剂。热稳定剂的作用（主要针对 PVC）：（1）吸收和中和 PVC 分解所放出的HCl；（ 2）置换分子中不稳定的氯原子，抑制脱 HCl 反应；（ 3）能与聚烯烃中生成的双键进行加成；（4）防止烯烃结构氯化等。常用的热稳定剂有： 铅盐类： 三盐基硫酸铅； 金属皂类： 硬脂
28、酸和月桂酸的镉、钡、铅、钙等盐； 有机锡类： 二月桂酸二丁基锡； 环氧酯类：环氧大豆油。（4）抗氧剂抗氧剂是指能延缓或抑制材料氧化老化的物质，其作用在于它能消除老化反应中生成的过氧化自由基，还原烷基或羟基自由基等，从而使氧化的连销反应中止。抗氧剂主要有取代酚类，芳胺类、亚磷酸酯类，含硫酯类等，其中以酚类和胺类为主，约占总量的 90%。（5）光稳定剂在户外使用的高分子材料，由于阳光中的紫外线和大气中氧的综合作用，导致材料性能变坏，最后丧失使用性能，这个过程称为光氧化降解或光氧老化。光氧化机理基本上与热氧化机理类似，当然不同的高聚物其对紫外线的敏感波长也不相同，因此，选择光稳定剂时应于以注意。光稳
29、定剂种类很多，按作用机理可以分为四类：光屏蔽剂、紫外线吸收剂、能量转移剂，自由基捕捉剂。其中紫外线吸收剂是光稳定剂的主体。10紫外线吸收剂能够强烈的吸收紫外光，并将其能量转换成无害的热能形式放出，使高聚物免遭破坏。常见的紫外线吸收剂有水杨酸酯类、二苯甲酮类、苯并三唑类、三嗪类以及取代丙烯腈类，其中以二苯甲酮类产量最大，用途最广。例，UV-9 为 2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮。（6）防霉剂由于生物因素而引起材料的破坏称之为生物老化，如海生生物的附殖，昆虫鼠类等的侵蚀，微生物（霉菌和细菌）的长霉等，其中又以微生物长霉最为普遍，长霉是霉菌在高分子体系内生长和繁殖的结果。温度和湿度是霉菌生存和繁殖的首
30、要条件，其次还与高分子材料的品种、组成有关，例如，天然高分子材料中的木材制品，纤维制品就极易受微生物的侵蚀而导致材料老化。一般讲，合成树脂对霉菌感受性很小，但合成材料中的助剂，往往成为霉菌滋长的营养物料。如增塑剂，就可以为霉菌分泌物所分解，转化成醇类等有机物，为霉菌提供养料，从而使霉菌生长和繁殖。另外，由于高分子材料的表面静电作用，使大气中存在物质附着在高分子材料表面，也为霉菌提供生长环境。防霉措施：选择抗霉性强的材料，包括各类助剂；进行表面处理、添加防霉剂。防霉剂为一类能抑制霉菌生长和杀灭霉菌的助剂，其主要品种为酚类化合物，例苯酚和卤代苯酚及其衍生物。如：五氯苯酚、五氯苯酚钠，另外，还有有机
31、汞化合物和有机锡化合物。（7）阻燃剂绝大多数高分子材料都是易燃的，凡能增加高分子材料耐燃性的物质，叫阻燃剂。含有阻燃剂的塑料，大多数具有自熄性，也可以是不燃性的。随着人们对塑料燃烧问题的重视，阻燃剂发展很快，其生产与消费量居添加剂第二位。阻燃剂大多是周期表中 V、VII、III 族元素的化合物。如第 V 族的氮、磷、锑、铋的化合物，第 VII 族的氯、溴的化合物和第 III 族的硼、铝化合物，此外，硅和钼的化合物也可作为阻燃剂使用，其中最常用的是氯、溴、磷、锑和铝的化合物。阻燃剂是以阻止燃烧为目的，其阻燃机理较为复杂，主要有以下几种，一是阻燃剂的加入，能使燃烧时产生的热能分散，降低高聚物表面温
32、度；二是将可燃性高分子材料与空气隔绝；三是能稀释高分子材料分解产生的可燃性气体，或者能捕获燃烧时产生的自由基。从而中断链式氧化反应。当然一种阻燃剂不可能同时具备以上全部作用，但可通过加入几种不同阻燃剂发挥不同作用。根据阻燃剂的使用方法，可以分为添加型和反应型两大类，添加型阻燃剂是在加工时，简单地掺加入塑料中，其优点是使用方便，适用面广，但往往对塑料的性能有一定影响，一般多用于热塑性塑料。11反应型阻燃剂是在高分子合成时作为一个组分参与反应，或通过化学反应使它成为高聚物的组成部分，所以阻燃性持久，对塑料性能影响小，主要用于热固性塑料。添加型阻燃剂有无机类化合物：三氧化二锑、氢氧化铝、硼酸锌、偏硼
33、酸钡等，有机类阻燃剂有磷酸酯类（磷酸三甲苯酯、磷酸二苯酯磷酸三辛酯；含氯磷酸酯（磷酸三（2，3-二氯丙）酯，磷酸三 -（2，3-二溴丙基）酯等） 。有机卤化物：氯化石蜡、氯化聚乙烯、四溴双酚 A 和十溴二苯醚等。反应型阻燃剂有氯代酸酐、四氯或四溴邻苯二甲酸酐。（8）发泡剂高分子泡沫材料由于质轻、隔热、隔音，有极优良的电性能和机械阻尼特性，故用途较广。发泡剂：能使高分子材料成为泡孔结构的一类物质称之为发泡剂。发泡剂作为一种助剂加到高分子化合物中，当加工受热时，释放出的气体尚未逸出表面时，高分子材料已成型，而气体则留在材料中，形成泡孔结构。发泡剂按产生气体的方式分为物理发泡剂和化学发泡剂两类，物理
34、发泡剂主要是依靠本身的物理状态的变化而达到发泡的目的，最常用的是脂肪烃和卤代烃，属于挥发性液体，一般常用沸点不超过 100的液体，如戊烷 、己烷、二卤甲烷等。化学发泡剂是指经加热分解后放出气体，使高分子材料发泡的物质，主要有无机发泡剂如碳酸铵、碳酸氢钠、亚硝酸铵等，这是最早使用的一类发泡剂，多用于橡胶制品，有机发泡剂主要有偶氮化合物亚硝基化合物以及磺酰肼类等。作为发泡剂应具有发泡迅速并可调节，发气量大，分解温度适宜，易于在高分子材料中分散，发泡剂本身及其分解生成的气体和残余物无毒、无臭、不污染制品，不腐蚀加工设备且价格低廉。（9）抗静电剂由于高分子材料优良的绝缘性和小的吸水性，所以一旦在材料表
35、面形成静电就难以消除，这种静电可影响高分子材料的加工和质量。甚至带来严重的危害性。如，加工薄膜时，由于静电吸引力，使薄膜粘在机械上，合成纤维加工，因静电吸引力而使纤维粘结在一起或粘附在机械辊筒上而使操作难以进行，塑料唱片会因吸尘而影响音质，电影胶片因吸尘而影响图像，在电影胶片生产过程中产生的静电可高达几千伏，若不予以消除，可使人触电。更有甚者，当静电引起电晕放电或火花放电时，若周围有易燃易爆物质存在，还会导致着火或爆炸。消除静电的方法有：对树脂本身改性，增加其导电性，以泄漏静电；使用导电装置、消除静电；改善环境的相对湿度和使用抗静电剂等。抗静电剂：凡能降低高分子材料表面电阻的和体积电阻适当增加
36、其导电性，从而防止静电在材料表面积聚的物质都叫抗静电剂。机理：抗静电剂大多为表面活性剂，其结构是一端为极性基团，另一端为非极性基团，12它能在高分子材料表面形成一个单分子层，如果抗静电剂为离子型，它们就起离子导电作用；若为非离子型，则由于亲水基的吸湿作用，间接降低了表面电阻，加速了电荷泄漏。抗静电剂有高级醇的硫酸酯及其盐；磺酸酯及其盐；磷酸酯及其盐以及季铵盐；酰胺等。（8）着色剂定义：加入高分子材料中，使材料及其制品具有各种颜色的物质称为着色剂。作用：使制品美观、提高耐候、耐老化性能。分类：着色剂分为染料和颜料两大类。染料可溶于有机溶剂中，分子内带有发色基团和助色基团，而颜料则不溶，只是分散于
37、展色剂中，而产生颜色。颜料又可分为无机颜料和有机颜料。通常无机着色剂都是颜料而有机着色剂即可是颜料又可是染料。（9）润滑剂定义：在高分子材料加工时，为提高工作效率，应降低分子链之间的相互作用，也即减少分子链间的内摩擦，降低高聚物的熔融粘度，增加物料的流动性，减少物料与加工设备之间的摩擦，以利于脱模。为了达到上述目的，应加入适当的助剂，此助剂称润滑剂。润滑剂包括脱模剂、防粘剂、爽滑剂等。分类：润滑剂按其作用机理可分为外部润滑剂和内部润滑剂两类，外部润滑剂属于一种界面润滑剂，它们与高聚物相容性很小，在加工过程中从高聚物内部向表面迁移，形成一层润滑剂层，使高聚物能顺利离开加工设备的热金属表面，有利于
38、它的流动和脱模。内部润滑剂与高聚物有一定相容性，该相溶性一般在常温下较小，在高温下增大，产生一定的增塑作用，减少了高分子分子链间的内摩擦，降低了物料的熔融粘度，增加了物料的流动性，此称为内润滑作用。常用的外润滑剂是硬酯酸及其盐，内润滑剂主要是低分子量聚乙烯。（10）偶联剂作用：无机填料及增强材料和以树脂基体组成的塑料及其复合体，以及用树脂为胶粘剂对各种材料的粘结都涉及两种不同性质材料（无机物和有机物）的结合，结合是否紧密将直接影响其性能，偶联剂的出现就提供了这种桥梁和纽带。定义：偶联剂是一类具有两性结构的物质，其一部分基团可以与无机物表面的化学基团反应，另一部分基团则具有亲有机物的性质，可与有
39、机物中的基团起反应或物理缠结，从而把两种不同的材料紧密的结合起来。目前工业上常用的偶联剂有硅烷类，RSiX 3，其中 R 为亲有机物的基团如乙烯基等，X 能够水解的烷氧基团，例，乙烯基三乙氧基硅烷，另外还有钛酸酯类，如，其烷氧基与无机物表面发生化学反应，其余基团与高聚物缠结或OCR)3ROTi(13发生化学反应。例，三异硬脂酰基钛酸异丙酯,CH3CH3OTi OCH3(CH2)14CH3212 通用塑料2121 聚乙烯（Polyethylene PE）概述：聚乙烯树脂按合成工艺的不同，分为低密度聚乙烯（LDPE） ，1937年工业化生产。高密度聚乙烯（HDPE） ，1965 年工业化生产，中密
40、度聚乙烯（MDPE）和线型低密度聚乙烯（LLDPE）也于 20 世纪 70 年代投入工业化生产，聚乙烯主要制作板材、管、薄膜、贮槽和容器，用于工业、农业及日常生活用品。聚乙烯中约 70%是 LDPE，而其中的 70%又用来制造薄膜（包装、建筑、农用、日常生活） 。HDPE 的大约四分之三用做注射及吹塑中空制品（如塑料瓶桶、玩具、壳体、家用电器等） 。而 LLDPE 这个被称为第三代聚乙烯的新材料主要用于薄膜，以代替 LDPE，这种薄膜冲击强度，拉伸强度和延展性都很高，可以做的很薄。合成：乙烯单体的合成主要由石油烷烃热裂解后，精制而得，另外还有乙醇脱水，乙炔加氢和从天然气中分离。聚合方法主要有：
41、a）高压聚合法：以高纯度 99.8%的乙烯为原料，在 180MPa-300MPa 压力下，在 170-200下，以氧气、有机过氧化物、偶氮化合物作为引发剂进行自由基聚合，制得密度较低，0.91 g/cm 3-0.93g/cm3 的 LDPE。b) 中压聚合法：以乙烯为原料，在 1.5MPa-8.0MPa 压力下，130-270条件下，以过渡金属为催化剂，烷烃为溶剂，制得密度为 0.93g/cm3 -0.94g/cm3 的MDPE。c) 低压聚合法：以高纯度乙烯为原料，用 Ziegler-Natta 高效载体钛系作催化剂，H 2 作分子调节剂，在汽油溶剂中进行配位聚合反应，制得密度为 0.94
42、g/cm3-0.96g/cm3 的 HDPE。d) 低压气相本体法制 LLDPE：在沸腾床反应器中采用铬和钛氟化物催化剂附着于硅胶载体上组成的催化体系，以 H2 为分子量调节剂，使乙烯与少量（约 8%-12%）C 4-C8-烯烃，如丁烯 -1，进行共聚反应，压力 0.7 MPa -12.1MPa，温度85-95 ，制得 LLDPE。聚乙烯的结构及性能结构：聚乙烯是仅含有碳氢两种元素的长链脂肪烃，单体对称。由于聚合方法不同，大分子的规整度不同，也即表现在大分子的支化程度及结构有较大差异，因而性能上也有明鲜不同。高压法是自由基聚合机理，在反应中容易发生大分子间和大分子内链转移反应，导致 LDPE
43、支化度高，长短支链不规整，呈树枝状，分子量低，分子量分布宽，故结晶底低、密度低、制品柔软、透气性好、透明度高、熔点低、机械强底低。低压法是按配位机理聚合，故使 HDPE 支化度低，线型结构，分子量高，分子量分布窄，因而结晶度高，制品耐热性好，机械强度比 LDPE 高。14LLDPE 由于具有规整的短支链结构，虽然结晶度和密度与 LDPE 相似，但由于分子间力加大，其熔点与 HDPE 相似，但其抗撕裂性和耐应力开裂性比 LDPE和 HDPE 都高。性能：聚乙烯为乳白色不透明或半透明的蜡状固体，无毒、无味，几乎不吸水，密度比水小。LDPE、HDPE 和 LLDPE 三者都存在蠕变大，尺寸稳定性差，
44、不能作结构件使用的问题。聚乙烯易燃，燃烧时有石蜡气味，火焰上黄下蓝，离火继续燃烧，聚乙烯易受光氧化、热氧化、臭氧氧化分解，表现为制品变色、龟裂、发脆直至破坏，可加防老剂改性。聚乙烯具有突出的电绝缘性和介电性能，并不受湿度和频率的变化，故常用作电器部件，电线及电缆。聚乙烯有优良的化学稳定性，在室温下不溶于任何溶剂，LDPE 在 60以上能溶于苯中，HDPE 在 80以上才能溶解，不受无氧化性的酸、碱及其水溶液侵蚀，浓 HNO3 和 H2SO4 会慢慢侵蚀 PE。聚乙烯无毒，故大量用于食品包装中。2122 聚丙烯 （ Polypropylene PP）聚丙烯 1957 年由意大利 Montecat
45、ini 公司首先生产，当前聚丙烯的产量仅次于PE、PVC 和 PS 而居第四位。制备：聚丙烯的工业合成方法有溶液法，本体法和气相法，常采用以纯度为99%以上的丙烯为原料，在烷烃（己烷、庚烷）中，以 TiCl3 和（C 2H5）2AlCl 为催化剂氢气为分子量调节剂。于 50和 1MPa 压力下进行配位聚合，目前生产的聚丙烯 95%为等规聚丙烯。性能及用途：聚丙烯为白色蜡状固体，相对密度 0.89-0.91，是较轻的树脂品种，在水中稳定，具有优良的机械力学性能，其拉伸、压缩强度和硬度、弹性模量等都优于 HDPE，但由于分子结构的规整性，因而冲击强度较差，其耐磨性能与尼龙相近，聚丙烯具有良好的耐热
46、性。M.p.165-170，其制品能在 100进行消毒灭菌，不受外力作用在 180也不会变形，其脆化温度约-15 ，所以耐寒性较差，其优良的电绝缘性并不受温度影响，同时具有较高的介电系数，可以用作受热的电器绝缘件，其击穿电压较高，可以用做电气零件，聚丙烯具有高的化学稳定性，除可以被浓 HNO3、H 2SO4 侵蚀外，对其它各种化学试剂都比较稳定，但其耐紫外线和耐候性不够理想，所以常加稳定剂以提高其耐老化性能。聚丙烯加工方便，可用注塑、挤出、吹塑方法加工成型。聚丙烯主要用于薄膜、电绝缘体，容器、包装材料等，还可用于机械零件如法兰、接头、汽车零件、管道等，也可用做家用电器，如电视机、收录机外壳及洗
47、衣机内衬。由于其无毒及有一定耐热性，广泛用于医药工业，如注射器及药品、食品包装。并且聚丙烯还可以拉丝成纤维，用于制地毯及编织袋。改性：通过添加防老剂可以改善其易热、光老化的缺点，通过填充、增强改性可以提高聚丙烯的耐热性，强度、模量及耐疲劳性能。采用共混或共聚技术可以15改善聚丙烯的低温脆性，2-丙共聚物已成为耐低温聚丙烯的一类。另外，在聚丙烯中加入韧性高的塑料如聚酰胺或橡胶（乙丙橡胶）可以提高聚丙烯的低温冲击强度。2123 聚苯乙烯（PolystyrenePS ）聚苯乙烯 1930 年由德国首先工业化，聚苯乙烯塑料是以苯乙烯树脂为基本成份的塑料，包括均聚物和以苯乙烯为主的共聚物。目前产量居第三
48、位。制备：单体苯乙烯是以苯和乙烯为原料，在 AlCl3 催化下生成乙苯，乙苯再以铁、锌、镁的氧化物为催化剂，在高温下脱氢生成苯乙烯。目前工业上苯乙烯的聚合方法主要以本体聚合和悬浮聚合为主。本体聚合：本体聚合可以是热引发，也可以是光引发，热引发一般分两个阶段进行。首先在 80-82进行预聚，反应条件要温和，以防反应太快而引起暴聚，当转化率达到 30%-50%时，再进入反应温度从 110到 180的连续聚合塔中，反应转化率达 90以上即为完成。悬浮聚合：悬浮聚合是以水为分散介质，再加入分散剂，于 80-90反应10h，再在 100-105下熟化即得聚苯乙烯。性能和用途：由于苯环的空间位阻，影响大分
49、子链段的内旋转和柔顺性，链段在常温下僵硬规整性差，基团相互作用小，故耐热性差，聚苯乙烯为非结晶高聚物，透明度高达 88%-92%，折射率为 1.59-1.60，吸水性低，其质硬而脆，耐磨性差，PS 有优良的电绝缘性能，有高的体积电阻和表面电阻，介电损耗小，是良好的绝缘材料，PS 热变形温度为 60-80，耐热性低，导热系数不随温度而改变是良好的绝热材料，能燃烧。燃烧时带有浓烟，PS 能耐某些矿物油、有机酸、盐、碱及其水溶液，PS 能溶于苯、甲苯等芳烃中。由于 PS 具有透明、价廉、刚性大，电绝缘性好，印刷性能好及优异的加工性能等优点，所以广泛应用于工业装饰，各种仪器仪表零件、灯罩、电子工业的高频零件，透明模型、玩具、日用品等。另外，还大量用于制造泡沫材料。改性聚苯乙烯为了克服聚苯乙烯脆性大，耐热性低的缺点，开发了一系列改性聚苯乙烯，其中主要的有 ABS、MBS、AAS、ACS、AS 等。a) ABS ABS 是指由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体组成的热塑性塑料，其成分复杂，不仅仅是三种单体的共聚物，也可以包括某种单体的均聚物及其混合物。制备：接枝共聚法，
