高分子材料基础

思考题

1：简要说明材料与物质的区别

具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质称为材料。

2 举例说明材料的主要类别

化学组成:金属材料,无机材料,高分子材料,复合材料

3 举例说明功能材料与结构材料

功能高分子材料有三大类：

1，物理功能高分子材料：导电高分子、高分子半导体、光导电高分子、压电及热电高分子、磁性高分子、光功能高分子、液晶高分子和信息高分子材料等

2，化学功能高分子材料：反应性高分子、离子交换树脂、高分子分离膜、高分子催化剂、高分子试剂及人工脏器等

3，生物功能和医用高分子材料：生物高分子、模拟器、高分子药物及人工骨材料

思考题

1 写出聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯和尼龙-6,6的英文缩写和分子式。

聚氯乙烯PVC {P20页}

聚苯乙烯PS {P20页}

聚丁二烯PB {P20页}

尼龙-66 PA66 {P20页}

2 均聚物和共聚物有何不同？举例说明。

均聚物（Homopolymer）：只含有一种重复单元的聚合物。

由一种单体聚合而成的聚合物成为均聚物

例如:聚乙烯,聚氯乙烯,聚苯烯等

共聚物（Copolymer）：含有两种以上重复单元的聚合物。

包括:无规共聚物（Random copolymer）

交替共聚物（Alternative copolymer）

嵌段共聚物（Block polymer）

接枝共聚物（Graft copolymer）

例如:尼龙-66,涤纶,环氧树脂,脲醛树脂等

3 写出有机玻璃、涤纶、电木的化学名称和英文缩写。

有机玻璃:聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA

涤纶:聚对苯二甲酸乙二酯纤维 PETP

电木：酚醛树脂 PF

4 聚合物的分类方法有哪些？

可根据来源、性能、结构、用途等不同角度对聚合物进行分类。

1.按来源分类：天然高分子和合成高分子

2.按功能分类：通用高分子、工程材料高分子、功能高分子、仿生高分子等

3. 按聚合物主链结构划分：

碳链聚合物：主链上的原子均为碳原子的聚合物。–C–C–、–C=C–

杂链聚合物：聚合物主链中不仅含有碳原子还含有氮、氧、硫、磷等杂原子。

元素有机聚合物：大分子主链中没有碳原子，而是由硅、硼等无机原子和氮、氧、硫、磷构成。

4.根据高分子的使用用途划分：塑料（Plastics）,橡胶（Rubbers）,纤维（Fiber）,

涂料（Coating） ,粘合剂（Adhesive）,功能高分子（Functional polymer）

根据高分子的实际用途可分为：塑料，橡胶，涂料，化学纤维，粘合剂，功能高分子

5 高分子与高分子材料涵义的区别

高分子材料也称为聚合物材料，它是以聚合物为基体组分的材料

高分子：当一个化合物的相对分子量足够大，以致多一个链节或少一个链节不会影响其基本性能时，称为高分子

高分子材料是通过各种适当的成型加工工艺而制成制品的

思考题

1，塑料如何分类？塑料的组成及其作用

1.按塑料受热后性质分类：

a热塑性塑料：受热时软化或熔融、冷却后硬化，韧性好，可反复成形。它包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚苯醚、聚四氟乙烯等。

b热固性塑料：在加热、加压并经过一定时间后即固化为不溶、不熔的坚硬制品，不可再生。具有更好耐热性和抗蠕变能力。常用热固性塑料有酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、有机硅树脂等

2按塑料的功能和用途分类：

a通用塑料：产量大用途广价格低的塑料。主要包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯

乙烯、聚丙烯、酚醛塑料、氨基塑料等，产量占塑料总产量的75%以上。

b工程塑料：具有较高性能，能替代金属制造机械零件和工程构件的塑料。聚

酰胺、ABS、聚甲醛、聚碳酸酯、聚砜、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、环

氧树脂等。

c功能（特种）塑料：导电塑料、导磁塑料、感光塑料等。

组成及其作用

3按组分分类:单组分:聚乙烯,聚四氟乙烯

多组分:聚氯乙烯

填料如何分类？各举出一些例子

分类：

1按化学成分：无机类、有机类。

2按来源：矿物填充剂、植物填充剂、合成填充剂。

3按外观形状：粉状、粒状、薄片状、纤维状、树脂状、中空微球等

2，增塑剂如何分类？对增塑剂性能有何要求？

1，按相容性的差异分类：

主增塑剂（溶剂型增塑剂）：能和树脂充分相容的增塑剂。既能进入树脂分子链的无定型区，也能插入分子链的结晶区，因此不会渗出而形成液滴，液膜，也不会喷霜而形成表面结晶。可单独使用

辅助增塑剂：一般不能进入树脂分子链的结晶区，只能与主增塑剂配合使用

2，按作用方式分类：

内增塑剂：在聚合过程中加入的第二单体，进行共聚对聚合物进行改性，它进入聚合物的分子结构中，降低了聚合物分子链的有规度。实际上是聚合物分子的一部分外增塑剂：一般为低分子量的化合物或聚合物，通常是高沸点难挥发的液体或低熔点固体，不与聚合物起化学反应。与聚合物的相互作用主要是在升温的时候溶胀作用，与聚合物形成一种固体溶液。

3按分子量差异分为：

单体型：有固定的分子量。如邻苯二甲酸酯类，脂肪酸二元酸酯类等增塑剂

聚合型：分子量不固定。如二元酸与二元醇缩聚得到的聚酯类增塑剂

4,按增塑剂的应用特性分为:

a通用型：性能较为全面，但没有特效的性能

B特殊型：除增塑作用外，好有其他功能

5，按化学结构分类：

苯二甲酸，脂肪族二元酸酯，脂肪酸单酯，二元醇脂肪酸酯，磷酸酯，环氧化物，聚酯，含氯化合物，苯多酸酯，石油酯等

基本要求

1，增塑剂和聚合物树脂有良好和相容性

相容性是增塑剂在聚合物是分子链之间处于稳定状态下相互掺混的性能，是作为增塑剂最主要的基本条件

2，塑化效率高

增塑剂的塑化效率是指树脂达到某一柔软程度

的用量，他和相容性是两个概念塑化效率是一个相对比较值，通常以邻苯二甲酸二辛脂（DOP）为基准以100%模数来表示，用来比较增塑剂的塑化效果

3，低挥发性

特别是对汽车内部装饰塑料制品，电线电缆等用的增塑剂要求更高

4，耐寒性好

北方地区的制品，更有其重要性

5，耐老化性好

抗老化主要是指对光，热，氧，辐射等的耐受力。由于增塑剂在聚合物中的加入量很大，所以增塑剂的耐老化能力直接影响到塑化制品的耐老化性

6耐久性好

这里说的耐久性是指增塑剂的挥发，抽出和迁移等的损失而引起塑料的老化

7，点绝缘性能好

8，具有难燃性能

大量聚合物材料已广泛应用于工农业生产于人民生活中，如建筑，交通，电气，纺织品等许多场合都要求制品具有难燃性能

9，要求尽可能是无色，无臭，无味，无毒

10,耐霉菌性强

像电线电缆农用薄膜土建器材

之类的塑料制品，在使用过程中会接触到自然界中的各种微生，由于微生物的侵害儿造成老化.因此上述这些用途的塑料制品应该具有耐菌性

11良好的耐化学品和耐污染性好

12价格低廉

10，PVC中最常用的增塑剂有哪些？解释增塑机理

苯二甲酸酯类，聚酯增塑剂

机理：增塑剂分子的渗入，降低了聚合物分子间的范德华力，使高聚物分子间距离增大，借以增加制品的柔顺性。

增塑剂的主要作用是削弱聚合物分子之间的次价健力，从而增加了聚合物分子链的移动性，降低了聚合物分子链的结晶性，即增加了聚合物的塑性，表现为聚合物的硬度、模量、软化温度和脆化温度下降，而伸长率、曲挠性和柔韧性提高。

11，抗氧剂的分类、作用机理与选用原则。

选用原则：

1溶解性

抗氧剂在其所用的聚合物中的溶解性,不喷霜.除此以外,抗氧剂也不应该在水中或溶剂中被抽出,或发生向固体表面迁移的现象,如果出现这些现象就会降低抗氧性

2挥发性

抗氧剂的挥发性很大程度上取决于其本身的分子结构与分子量.温度高低,暴露表面

大小和空气流动状况等对挥发性也有不同程度的影响

3稳定性

抗氧剂应该对光,热,氧,水等外界因素很稳定.耐候性好

4变色和污染性

一般,胺类抗氧剂有较强的变色性和污染性,而酚类抗氧剂则可用于无色和浅色的高分子材料中,而胺类抗氧剂往往抗氧效率高,因而在橡胶工业,电线电缆和机械零件上用的很多

6. 举出主/辅抗氧剂协同应用的例子，并说明其机理。

抗氧剂1010和抗氧剂168的(1/2)复合物

链终止型抗氧剂（主抗氧剂）□有不稳定的H 原子，可与自由基或增长链发生作用，阻止自由基或增长链从聚合物中夺取H 原子，使氧化降解被终止□→{阻碍酚类，仲芳胺类}→氢过氧化物分解剂□使氢过氧化物分解成非自由基型的稳定化合物，从而避免因氢过氧化物分解成自由基而引起的一系列降解反应□→{亚磷酸酯类，含硫化合物}→金属离子钝化剂□能阻止重金属离子催化氧化降解反应□

7. PVC 中常用热稳定剂有哪些？各举出一些例子。

PVC 常用稳定剂包括：铅盐稳定剂、钡镉类稳定剂、钙锌类稳定剂、有机锡类热稳定剂、环氧类稳定剂（通常作为辅助稳定剂），此外近年来还出现了稀土类稳定剂和水滑石系稳定剂

8. 热稳定剂的作用机理是什么？

无论是盐基性铅盐，金属皂类或其他各类热稳定剂，所以能起到热稳定化得作用，主要是他们都有着一个共同的特点，均属氯化氢得接受体，能够捕捉PVC 降解时所脱出的氯化氢

9. 无毒热稳定剂有哪些？

有机锑稳定剂，钙锌复合热稳定剂，光稳定剂

10. 光屏蔽剂种类有哪些？作用机理分别什么？

光屏蔽剂：炭黑、ZnO ，锌钡白等

指能够吸收或反射紫外光的物质。其作用就像光源和聚合物之间的一道屏障，使紫外光在射到聚合物分子之前就被吸收或反射出去，阻碍紫外线向聚合物内部渗入

11. 润滑剂分类依据是什么？举出应用的例子。 nO +O 2hv (ZnO )+O 2-

+O 2-+H 2O HO 2HO +

?内、外润滑剂之分只是相对而言，并无严格划分标准。

?在极性不同的树脂中，内、外润滑剂的作用有可能发生变化。

?例如硬脂酸醇、硬脂酸酰胺、硬脂酸丁脂及硬脂酸单甘油酯对极性树脂如PVC及PA 而言，起内润滑作用；但对于非极性树脂(如PE及PP）而言，则显示外润滑剂作用。

?相反，高分子石蜡等与极性树脂相容性差，如在极性PVC中用做外润滑剂，而在PE 及PP等非极性树脂中则为内润滑剂。

?在不同加工温度下，内、外润滑剂的作用会发生变化。

如硬脂酸和硬脂醇用于PVC压延成型初期，由于加工温度低，与PVC相容性差，主要起外润滑作用；当温度升高后，与PVC相容性增大，则变为起内润滑剂作用

按化学结构分类：

?——饱和烃类

饱和烃类按极性可分为非极性烃(如聚乙烯蜡和聚丙烯蜡)、极性烃(如氯化石蜡及氧化聚乙烯等)。主要用于PVC无毒外润滑剂。

a、液体石蜡俗称白油，为无色透明液体。

?b、固体石蜡又称为天然石蜡，白色固体。

c、微晶石蜡又称为高熔点石蜡，外观为白色或淡黄色固体，因结晶微细而称为微

晶石蜡。润滑效果和热稳定性好于其它石蜡。

d、低分子量聚乙烯又称聚乙烯蜡，外观为白色或淡黄色固体，透明性差。

?e、氧化聚乙烯蜡为聚乙烯蜡部分氧化的产物，外观为白色粉末；具有优良的内、

外润滑作用，透明性好，价格低；用量为0.1~1.0份。

f、氯化石蜡同PVC相容性好，透明性差，与其它润滑剂并用效果好。

?——金属皂类

既是优良的热稳定剂，又是一种润滑剂，其内、外润滑作用兼有，不同品种侧重稍有不同。 PbSt、LiSt、CaSt、ZnSt、BaSt。

?——脂肪族酰胺

包括单脂肪酸酰胺和双脂肪酰胺两大类。单脂肪酰胺主要呈内润滑作用，具体品种有硬脂酸酸胺、芥酸酞胺及蓖麻油酸酞胺等；双脂肪酸酞胺主要呈外润滑作用，具体品种有N，N’-亚乙基双硬脂酸胺及N，N’-亚乙基双蓖麻醇酸酸胺等。

——脂肪酸类

a、硬脂酸是仅次于金属皂类而广泛应用的润滑剂，PVC用量少时，可用于起内润

滑作用。用量大时，起外润滑作用。

b、羟基硬脂酸与PVC相容性好，显示内润滑作用，但热稳定性差。

?——脂肪酸酯类

a、硬脂酸丁酯外观为无色或淡黄色油状液体，在PVC中以内润滑为主兼外润滑作

用。

b、单硬脂酸甘油酯代号GMS，外观为白色蜡状固体，为PVC的优良内润滑剂。对透明性影响小，可与硬脂酸并用。

——脂肪醇类

a、硬脂醇外观为白色细珠状物，起内润滑作用，透明好。此外，还可用于PS中。

b、季戊四醇 PVC高温润滑剂

12. 说明表面活性剂型抗静电剂作用机理。

根据极性相似规则，表面活性剂分子的碳氢链部分倾向与高分子链段接触，极性基团部分倾向与空气中的水接触。高分子材料作为疏水材料，抗静电剂在其表面的主要作用就是形成规则的面向空气中的水的亲水吸附层。

添加型抗静电剂发挥抗静电效果大多是靠吸附水作为离子的电离场所来进行导电，因此空气湿度的大小将对抗静电效果产生较大的影响。

13. 阻燃剂如何分类？阻燃剂作用机理有哪些？各举出一些例子。

1，按组成分类

A有机阻燃剂：磷系，磷+氮系，磷+卤素系，氮系，卤素系，其他

B无机阻燃剂:硼化合物，三氧化二锑，氢氧化铝，其他

2，按使用方法分类

A添加型阻燃剂：磷酸酯，卤代烃，氧化锑等与聚合物简单的掺和，不起化学反应

B反应型阻燃剂：在聚合物制备中视作原料之一，通过化学反应成为聚合物分子链得得一部分，所以对塑料得使用性能影响小，阻燃性持久，主要有卤代酸酐和含磷多元醇

机理

?阻隔机理：阻燃剂在高温下能形成玻璃状或稳定泡沫覆盖层，具有隔热、隔氧、阻止可燃气体向外逸出的综合作用，从而达到阻燃目的。

?抑制链反应机理：阻燃剂可作用于气相燃烧区，捕捉燃烧反应中的自由基，从而阻止火焰的传播，使燃烧区的火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至终止。

?吸热机理：阻燃剂发生强烈的吸热反应，吸收燃烧放出的部分热量，降低可燃物表面的温度,有效地抑制可燃性气体的生成，阻止燃烧的蔓延。

稀释机理：阻燃剂受热时分解出不燃气体，将可燃气体和氧气的浓度稀释到燃烧下限以下

例如:当有机磷化合物暴露于火焰中时,会发生如下分解:有机磷化合物-磷酸-偏磷酸-聚偏磷酸最终生成的聚偏磷酸时非常强的脱水剂,能促使有机化合物碳化,所生成的炭黑皮膜起了阻燃作用

卤化磷---(加热)---膦(R3P)+烷基卤化物---(O2)—膦氧化物R3PO---分解—聚磷酸盐玻璃体(一种保护膜)

14. 举出阻燃剂中利用协同效应的例子。

自由基引发剂,氧化锑,含卤阻燃剂得协同作用

Sb2O3与卤系阻燃剂并用，起协效作用

15. 卤素阻燃剂的缺点及无卤阻燃剂的种类有哪些？

降低被阻燃基材的抗紫外线稳定性,燃烧时产生较多的烟,腐蚀性气体, 有毒气体,耗量多, 无卤阻燃剂:三聚氰胺及其衍生物,聚磷酸铵,氢氧化铝,氢氧化镁,硼酸锌,等

16. 着色剂如何分类？常用塑料着色方法有哪些？

?着色剂:颜料 [固体微粒]{无机颜料[无机颜料主要有以下几类：金属氧化物：如二氧化钛、三氧化二铬、氧化锌、氧化铁、钴蓝等；

?金属硫化物：如镉黄、镉红、硫化钡、硫化汞等；

?铬酸盐：如铬黄、锌黄等；

?亚铁氰化物：如华蓝；

金属元素及其合金：如铝粉、金粉等],有机颜料[按其结构类型，有以下种类：不溶性偶氮颜料，如甲基、硝基、卤素、酰胺基等，苯并咪唑啉酮基团以及偶氮缩合类颜料。

?色淀类颜料,酞青类颜料,杂环与稠环酮类颜料,喹吖啶酮类颜料,二嗯嗪颜料,异吲哚啉酮颜料](不溶性颜料,色淀颜料)} 染料[分子状态]

着色方法:

a. 干法着色

b. 糊状着色剂(色浆)着色

c. 色粒着色

d. 色母粒着色

17. 发泡剂如何分类? 各举出一些例子。

按产生气体的方式分：物理发泡剂(卤代烃和含5～7个碳的脂肪烃（氟氯烃禁止生产和使用）)和化学发泡剂

根据化学结构分（化学发泡剂）：无机(主要是碳酸氢钠和碳酸氢铵，受热分解出CO2和NH3。)、有机(偶氮类化合物、亚硝基化合物、磺酰肼类化合物)最常用偶氮二甲酰胺（AC）

18. 说明硅烷偶联剂处理玻璃纤维的作用机理。

19. 钛酸酯偶联剂有哪些种类？使用中注意事项有哪些？

单烷氧基型, 单烷氧基焦磷脂基型,螯合型,配位型,其他

?注意事项:钛酸酯类：常用无机物直接处理法。

干法：用量为填料量的0.25-2%，稀释剂（汽油、苯、乙醇、白油等）：偶联剂（1:1）均匀喷在填料表面上

硬脂酸、酯类增塑剂有机醇类含-COOH、-OH组分，应在偶联剂对填料处理3-4 min后加入，以防偶联剂失效

20. 举例说明固化剂的作用

环氧树脂：固化剂与环氧树脂混合后，在一定条件下（温度、时间）能与环氧树脂的环氧基或侧羟基发生开环或加成反应，引起环氧树脂交联。

⊕酚醛压塑粉：固化时用六次甲基四胺作固化剂，

⊕不饱和树脂：固化时则加入过氧化二苯甲酰。

1.PE如何分类？简述LDPE、HDPE、LLDPE合成方法、结构、性

能与用途的差异。

分类

a乙烯聚合按压力分为低压法、中压法、高压法；从生产过程分为本体（气相）

聚合、溶液聚合、辐射聚合；

b按聚合机理分为游离基型（高压法）和离子型（低压或中压法）聚合。

c按分子量不同，PE分为：1000-1万，低分子量PE；1万-11万，中等分子量

PE；11-25万，高分子量PE；25-100万，特高分子量PE；＞100万，超高分子

量PE。

d按发展顺序分为：第一代LDPE，第二代HDPE，第三代LLDPE，第四代VLDPE、

ULDPE。

e按密度不同分为：ULDPE、VLDPE、LDPE、LLDPE、MDPE、HDPE。

2. 聚乙烯的共聚物有哪些？各有何特点？

3. UHMWPE为什么可以作为工程塑料？

4. 简述PP-H、PP-B、PP-R结构、性能与用途的差异。

5. 为什么PP的大球晶会对性能造成不利的影响？如何避免？

6. GPPS性能有何特点？常见用途是什么？如何改善其脆性？

7. 简述ABS结构与性能关系。

8. 改性聚苯乙烯树脂的品种有哪些？

9. PVC合成方法有哪些？其性能有何特点？用途有哪些？

10. 简述PVC塑料组成及各组分作用。

11. PVDC的特点和用途。

12. 如何生产PVA、PVB?

13. PMMA性能与用途