高分子的化學結構和效能之間的關係

2021-03-04 09:35:21 字數 2558 閱讀 4572

相對分子量超過10000的化合物稱之為高分子,又稱高聚物或聚合物。同樣的單體即化學組成完全相同,由於合成工藝不同,生成的聚合物結構即鏈結構或取代基空間取向不同,其效能也不同。

(一)聚乙烯效能與結構的關係

1、高壓聚乙烯(低密度聚乙烯)——ldpe

ldpe是在微量氧的存在下,通過高溫(200℃)高壓(1000大氣壓)聚合而成。支鏈比較多,比較長,鏈與鏈之間距離較大,密度小。

2、低壓聚乙烯(高密度聚乙烯)——hdpe

hdpe支鏈很少,而且很短,分子量較大,分子鏈之間靠的比較近,密度大。

3、線性低密度聚乙烯——lldpe

lldpe合成所用的單體除乙烯外,還有小部分α-烯烴。雖然它有許多支鏈,但是支鏈的長度僅僅是α—烯烴聚合後餘下的部分,分子鏈之間距離較ldpe小,密度比lldpe大,但比hdpe小。

儘管三種pe只是在鏈結構上有所差異,卻直接影響到分子鏈間的距離,進而影響到材料密度,即材料的密度主要由鏈結構所決定。而密度又直接影響材料效能,所以鏈結構不同效能自然也就不同。

4、茂金屬聚乙烯——mpe

mpe與普通乙烯丙烯共聚物最大的區別是:由於金屬茂催化劑的強定向作用,使分子鏈中的丙烯單體上的甲基呈有序排列,而且分子量分布窄。正由於mpe上述結構特徵,使mpe具有如下優異特性:

(1)韌性好、剛性大、透明性和清潔度比普通pe都好;(2)熔體強度大,不易發生破裂。(3)熔體粘度大,熱穩定性好。(4)低溫熱封性好,是至今低溫熱封效能最好的樹脂,可廣泛應用於食品包裝。

(2)聚丙烯效能與結構關係

1、pp均聚物:

pp均聚物與pe相比pp最大區別是c鏈上含有甲基,甲基的存在使分子鏈間距增大,密度減小,pp在所有樹脂密度最小。根據pp碳鏈上的甲基在空間取向不同,可分等規pp、間規pp和無規pp三種。等規pp和間規pp碳鏈上的甲基在空間取向是規整有序的,而無規pp碳鏈上的甲基在空間取向無規律性,隨意排布。

也正由於這個結構上的微少差異,使其效能差別很大,等規pp和間規pp具有很好的力學效能,而無規pp呈蠟狀物,基本上無力學效能。

從上述討論,可以看出,pp的幾乎所有效能都與甲基和甲基的空間排布方式有關,pp與pe效能上的差異完全由甲基的存在決定。

2、pp共聚物

(1)乙—丙橡膠

pp共聚物的效能與組成結構具有密切關係,當丙烯含量為40~70% 時,則完全成為一種無定形的橡膠狀彈性體,稱之為乙—丙橡膠。主要用作其它樹脂改性劑,可提高材料的韌性和抗衝擊強度。

(2)pp無規共聚物:

pp無規共聚物中,乙烯含量一般不超過20%。所謂無規是指乙烯單體在無規共聚物分子鏈中呈無規則排列,乙烯可起到阻止共聚物結晶作用,使結晶度降低,玻璃化溫度降低,但透明性、柔軟性和光澤度提高。

(3)pp嵌段共聚物

pp嵌段共聚物的分子鏈中乙烯和丙烯組分呈嵌段式排布。與pp無規共聚物相比,軟化溫度降低很小,而脆化溫度卻提高很大。pp嵌段共聚物與pp等規均聚物相比,在剛性基本保持不變的情況下,耐低溫性、韌性和抗衝擊性卻得到較大提高。

pp嵌段共聚物與hdpe相比,耐熱性、抗應力開裂性、抗儒變性和表面硬度都獲得提高,而收縮率降低。

三、苯乙烯系列聚合物效能與組成關係:

1、通用級聚苯乙烯——ps

ps是苯乙烯的均聚物,ps質輕堅硬,無色、透明,具有教好剛性、透明性和表面光澤性,衝擊強度小,耐磨性差,熱容低,流動性好,易加工成型。

2、抗衝擊聚苯乙烯——hips

hips是苯乙烯與丁二烯的共聚物,ps效能上最大缺陷是性脆、韌性小,抗衝擊性差。為了克服它的不足,在合成過程中加入6—8%的聚丁二烯橡膠,可以明顯改善ps的韌性。

3、丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物——abs

abs是一種三組分組成的聚合物:聚苯乙烯具有較好的光澤性、透明性和加工性,聚丁二烯為橡膠彈性體,具有良好韌性和抗衝擊性,聚丙烯腈具有高度化學穩定性、耐油性和表面硬度,三者結合為一體,可充分發揮各自的優勢,成為一種綜合性能優異的高分子材料。

abs樹脂為無定形聚合物,耐熱性好,具有極好的低溫抗衝擊效能、尺寸穩定性。由於分子中含有氰基,易吸潮水解,所以加工之前必須充分乾燥。

4、苯乙烯系列其它聚合物

(1)苯乙烯—丙烯腈共聚物——as樹脂

as樹脂與ps相比,具有更好的硬度、剛性、耐熱性、耐溶劑性。as樹脂的效能取決於丙烯腈的含量,隨之丙烯腈含量增加,熔體粘度和強度提高,防滲透性、耐化學品性和抗紫外線效能也有所提高,但熱穩定性降低。

(2)苯乙烯—丁二烯共聚物——k樹脂

k樹脂是由苯乙烯和丁二烯共聚物而成,與as相比,分子中的丙烯腈換成具有橡膠效能的丁二烯,所以k數值具有良好耐衝擊性、撓屈效能好、柔軟而有彈性,透明性好。

(3)透明abs——mbs

mbs是由甲基丙烯酸甲酯、丁二烯和苯乙烯共聚而成,甲基丙烯酸甲酯是合成有機玻璃的單體,將abs分子中的丙烯腈換成甲基丙烯酸甲酯,便可製得高透明產品。mbs具有類似abs力學效能,但透明度明顯提高,厚度為3.2mm的製品透光率可達85~90%,霧度6%,抗衝擊性、剛性和耐寒性均很好,在-40℃下仍能有較好的韌性,耐紫外光效能也優於 abs。

從上述對苯乙烯系列聚合物效能與組成關係的討論中,再一次證明高分子材料的效能與組成結構的依賴關係。高分子材料分子中組成或結構任何微小變化,都會使材料的效能發生改變。這正是高分子材料分子設計的理論依據,根據這一理論依據,將會不斷研究開發出更多效能優異的新材料。

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