|高分子材料有哪些,澳门新浦京8867结晶性烃类塑料包括聚乙烯、聚丙烯等

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摘要:1920年,德国化学家——赫尔曼·施陶丁格提出聚合物(包括橡胶和纤维素在内的广泛化合物)由类似的小分子长链构成,这些小分子由牢固的化学键相连接。但绝大多数同行却认为这种观点没有任何合理性,并认为聚合物仅是小分子的松散集合。施陶丁格拒绝让步,从而引发了长达10年的争议。   最终,实验室数据证明他是对的,这使他获得了1953年诺贝尔化学奖。现在,合成聚合物已经无处不在:去年,全球生产的人工聚合物约为3亿吨。如今,从服装、颜料和包装到给药、3D打印以及自我愈合材料,施陶丁格假设的分子链已经进入了现代生活的方方面面。基于聚合物的复合材料甚至构成了波音公司最新客机 “梦幻客机”787的一半材料。化学家探索聚合物新极限 塑料行业或呈现新格局?   那么,聚合物下一步将走向何方?近日,美国国家科学基金会组织了10年一次的盛会,设法观察正在出现哪些新领域,它或可对该问题作出一些回答。    “总体的趋势是聚合物的应用将会继续扩张到传统上它们并未发挥作用的领域。”明尼波利斯明尼苏达大学分子化学家、《大分子》期刊编辑Tim Lodge说。这种扩张一直以来受到各领域聚合物科学发展的驱动。“现在,几乎每个化学系都有聚合物研究的员工。”他说,聚合物前沿领域的研究日益呈现跨学科性质。    研究人员掌握的制作聚合物链化学结构的技术越来越多,但是他们经常不能预测生产的聚合物是否拥有膜或是给药系统所需要的专门特征。克服这些挑战将需要对聚合物化学结构如何影响从纳米到米等各个层面的物理特征有更深入的了解。    永远的聚合物    聚合物存在于各个地方,这也正是问题所在。“我们日常生活中使用的大多数聚合物来自于石油产物,它们很耐用,但其废弃物也会持久存在。”明尼苏达大学可持续聚合物中心(CSP)主任Marc Hillmyer说。据悉,86%的塑料包装都在一次使用后被丢弃,使水道和填埋场积聚了大量塑料垃圾,释放出的污染物危及野生动物生存。    这正是过去10年可再生资源和易于生物降解的聚合物研究热潮爆发的原因。目前,市场上已经可以看到基于天然淀粉的聚合物,此外还包括由丙交酯或乳酸加工的合成聚交酯(PLA),后者可见于茶叶袋和医疗埋植体。    但是,可持续聚合物占有的整体塑料市场份额不到10%,Hillmyer说。其中的一个障碍是它们的成本过高;另一个问题是天然淀粉的单分子体构建模块比石油化石氢碳化合物含有更多的氧原子。这会影响聚合物的特征,如使材料变硬,很难直接替换价格低廉、灵活的塑料,如聚苯乙烯和聚乙烯。    其中的一个选择是通过将其与传统聚合物混合,强化PLA等环境可持续性聚合物。但这种方式有着明显的缺点,比如让一些塑料的透明度降低。CSP研究人员通过在其中加入5%的一种低价石油聚合物(含有一些易溶于水的成分)克服了这一问题。这些添加的物质形成了球形的结构,可使PLA的耐用性显着提高,同时不降低其透明度。    Hillmyer的团队还制作了一种部分上可回收的聚氨酯泡沫塑料,该塑料可用于绝缘体、座垫以及垫圈等大量产品。这种聚氨酯塑料的成分包括一种叫作聚酯的低成本聚合物(PMVL),该聚合物以经过编辑的细菌单分子为基础。    将这种泡沫塑料加热到200℃,就能使聚氨酯分解,萃取出的单体分子可重新利用。然而,这些可持续性的聚合物能否商业化仍要拭目以待。“很多时候,最大的挑战就是大规模生产,这需要有经济上的优势。”Hillmyer说。    利益在膜中    在这个混合物构成的世界中,聚合物能够恢复一定秩序。聚合物膜已经能够用作分子“筛子”分离气体、海水脱盐以及让燃料细胞内的分子保持隔离。它们在未来将会有更大影响,Lodge说。“有很多问题都能够通过更好的膜得到解决。”    利用膜分离混合物比蒸馏法耗费的能量低得多。它同样可以比利用洗涤器(通过化学反应困住污染物的设备)节省更多空间。利用聚合物制成的膜不仅可以实现大规模廉价生产,而且能覆盖大范围区域,并且不具有让错误分子通过的结构性缺陷。    可分离气体的膜已经应用于工业,可分离天然气中的氢和二氧化碳。经过改善后的膜可以应对更加棘手的任务,比如分辨类似的碳氢化合物丙烷和丙烯。化学上更加强大的膜能够在更高的温度下操作,从而去除烟道气中的二氧化碳。    得克萨斯大学奥斯汀分校膜化学家Benny Freeman希望改善天然气压裂项目的废水处理方法,这些项目中的水通过压力被灌入岩石内使其裂开,从而释放出天然气。经过使用后的水会变得很脏,标准的过滤膜很块就会被阻塞,因此水必须处于极大压力下才能通过,而所用的膜也必须用化学物质清理,这会使其寿命缩短。    但是Freeman发现了一个可以回避这一问题的方法:模仿让蚌黏附在岩石上的防水胶,在膜上加一层薄如蝉翼的仿生聚多巴胺膜表层。该团队已经将这些膜用于美国海军的一些构造单元,从而在倾倒船舱底部的含油污水前先对其进行净化。    聚合物前沿    广泛使用的聚合物如聚苯乙烯和聚乙烯在一个方面可谓单调至极:它们会重复同样的单体结构。这种单调性与DNA的“四声道交响乐”相比显得尤其乏味,后者由4个单体编码基因组;它与蛋白质的复杂杰作相比则更为单调,一个蛋白质是由23种氨基酸形成的复杂的3D结构。    聚合物最具挑战性的一个前沿是将合成聚合物以同样的精准度剪裁,这样化学家就能调整其产品的电子和物理特征。“过去5年,它已经变得非常时髦。”法国斯特拉斯堡大学大分子化学家Jean-Francois Lutz说。由序列控制的聚合物能够以预定的顺序包含单体,形成特定长度的纤维。    与传统半导体技术相比,控制序列的聚合物还可以通过更加紧凑、价格低廉的方式储存数据,每个单体分子代表1比特信息。8月初,Lutz展示了一系列不同的聚合物纤维能够编码32比特的信息。    聚合物信息储存正在蓄力发展。今年4月,美国资助科学界高风险研究的机构——情报先进研究计划署(IARPA)召集生物技术、半导体以及软件行业的专家参加该主题研讨会。“这一领域生气勃勃,研究人员队伍日益壮大。”帮助组织该研讨会的IARPA技术顾问David Markowitz说。    但这一方法仍面临巨大技术挑战,当前的合成技术仍然过于缓慢与昂贵。解决数据储存以及聚合物前沿领域许多其他问题的关键在于,研究更好的方法预测聚合物的特性以及调整相关生产。这将需要多方合力。“我们需要与物理学家、材料学家以及理论化学家合作。”Lutz说,“我们需要开创一个新的领域。” (来自:互联网)

聚合物最具挑战性的一个前沿是将合成聚合物以同样的精准度剪裁,这样化学家就能调整其产品的电子和物理特征。“过去5年,它已经变得非常时髦。”法国斯特拉斯堡大学大分子化学家Jean-Francois Lutz说。由序列控制的聚合物能够以预定的顺序包含单体,形成特定长度的纤维。

1、ABS

一. 树脂的定义 树脂通常是指受热后有软化或熔融范围,软化时在外力作用下有流动倾向,常温下是固态、半固态,有时也可以是液态的有机聚合物。广义地讲,可以作为塑料制品加工原料的任何聚合物都称为树脂。 树脂有天然树脂和合成树脂之分。天然树脂是指由自然界中动植物分泌物所得的无定形有机物质,如松香、琥珀、虫胶等。合成树脂是指由简单有机物经化学合成或某些天然产物经化学反应而得到的树脂产物。 二.塑料的定义 塑料是指以树脂为主要成分,以增塑剂、填充剂、润滑剂,着色剂等添加剂为辅助成分,在加工过程中能流动成型的材料。 塑料主要有以下特性:①大多数塑料质轻,化学稳定性好,不会锈蚀;②耐冲击性好;③具有较好的透明性和耐磨耗性;④绝缘性好,导热性低;⑤一般成型性、着色性好,加工成本低;⑥大部分塑料耐热性差,热膨胀率大,易燃烧;⑦尺寸稳定性差,容易变形;⑧多数塑料耐低温性差,低温下变脆;⑨容易老化;⑩某些塑料易溶于溶剂。 树脂和塑料的分类 一. 树脂的分类 树脂的分类方法很多,除按树脂来源可将其分为天然树脂和合成树脂外,还可按合成反应和主链组成来进行分类。 1.按树脂合成反应分类 按此方法可将树脂分为加聚物和缩聚物。加聚物是指由加成聚合反应制得的聚合物,其链节结构的化学式与单体的分子式相同,如聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯等。 缩聚物是指由缩合聚合反应制得的聚合物,其结构单元的化学式与单体的分子式不同,如酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂等。 2.按树脂分子主链组成分类 按此方法可将树脂分为碳链聚合物、杂链聚合物和元素有机聚合物。 碳链聚合物是指主链全由碳原子构成的聚合物,如聚乙烯、聚苯乙烯等。 杂链聚合物是指主链由碳和氧、氮、硫等两种以上元素的原子所构成的聚合物,如聚甲醛、聚酰胺、聚砜、聚醚等。 元素有机聚合物是指主链上不一定含有碳原子,主要由硅、氧、铝、钛、硼、硫、磷等元素的原子构成,如有机硅。 二. 塑料的分类 塑料的分类体系比较复杂,各种分类方法也有所交叉,按常规分类主要有以下三种:一是按使用特性分类;二是按理化特性分类;三是按加工方法分类。 1.按使用特性分类 根据名种塑料不同的使用特性,通常将塑料分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三种类型。 ⑴通用塑料 一般是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料,如聚乙烯、聚丙烯、酚醛等。 ⑵工程塑料 一般脂能承受一定外力作用,具有良好的机械性能和耐高、低温性能,尺寸稳定性较好,可以用作工程结构的塑料,如聚酰胺、聚砜等。 在工程塑料中又将其分为通用工程塑料和特种工程塑料两大类。 通用工程塑料包括:聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、热塑性聚酯、超高分子量聚乙烯、甲基戊烯聚合物、乙烯醇共聚物等。 特种工程塑料又有交联型的非交联型之分。交联型的有:聚氨基双马来酰胺、聚三嗪、交联聚酰亚胺、耐热环氧树指等。非交联型的有:聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮等。 ⑶特种塑料 一般是指具有特种功能,可用于航空、航天等特殊应用领域的塑料。如氟塑料和有机硅具有突出的耐高温、自润滑等特殊功用,增强塑料和泡沫塑料具有高强度、高缓冲性等特殊性能,这些塑料都属于特种塑料的范畴。 ①增强塑料。增强塑料原料在外形上可分为粒状、纤维状、片状三种。按材质可分为布基增强塑料、无机矿物填充塑料、纤维增强塑料三种。 ②泡沫塑料。泡沫塑料可以分为硬质、半硬质和软质泡沫塑料三种。硬质泡沫塑料没有柔韧性,压缩硬度很大,只有达到一定应力值才产生变形,应力解除后不能恢复原状;软质泡沫塑料富有柔韧性,压缩硬度很小,很容易变形,应力解除后能恢复原状,残余变形较小;半硬质泡沫塑料的柔韧性和其他性能介于硬质他软质泡沫塑料之间。 2.按理化特性分类 根据各种塑料不同的理化特性,可以把塑料分为热固性塑料和热塑料性塑料两种类型。 ⑴热固性塑料 热固性塑料是指在受热或其他条件下能固化或具有不溶特性的塑料,如酚醛塑料、环氧塑料等。热固性塑料又分甲醛交联型和其他交联型两种类型。 甲醛交联型塑料包括酚醛塑料、氨基塑料。 其他交联型塑料包括不饱和聚酯、环氧树脂、邻苯二甲二烯丙酯树脂等。 ⑵热塑料性塑料 热塑料性塑料是指在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料,如聚乙烯、聚四氟乙烯等。热塑料性塑料又分烃类、含极性基因的乙烯基类、工程类、纤维素类等多种类型。 ①烃类塑料。属非极性塑料,具有结晶性和非结晶性之分,结晶性烃类塑料包括聚乙烯、聚丙烯等,非结晶性烃类塑料包括聚苯乙等。 ②含极性基因的乙烯基类塑料。除氟塑料外,大多数是非结晶型的透明体,包括聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯等。乙烯基类单体大多数可以采用游离基型催化剂进行聚合。 ③热塑性工程塑料。主要包括聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、聚苯醚、聚对苯二甲酸乙二酯、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、聚苯硫醚等。聚四氟乙烯。改性聚丙烯等也包括在这个范围内。 ④热塑性纤维素类塑料。主要包括醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、塞璐珞、玻璃纸等。 3.按加工方法分类 根据各种塑料不同的成型方法,可以分为膜压、层压、注射、挤出、吹塑、浇铸塑料和反应注射塑料等多种类型。 膜压塑料多为物性的加工性能与一般固性塑料相类似的塑料;层压塑料是指浸有树脂的纤维织物,经叠合、热压而结合成为整体的材料;注射、挤出和吹塑多为物性和加工性能与一般热塑性塑料相类似的塑料;浇铸塑料是指能在无压或稍加压力的情况下,倾注于模具中能硬化成一定形状制品的液态树脂混合料,如MC尼龙等;反应注射塑料是用液态原材料,加压注入膜腔内,使其反应固化成一定形状制品的塑料,如聚氨酯等。

塑料 是以合成或天然聚合物为主要成分,辅以填充剂、增塑剂和其他助剂在一定温度和压力下加工成型的材料或制品。其中的聚合物常称做树脂,可为晶态和非晶态。塑料的行为介于纤维和橡胶之间,有很广的范围,软塑料接近橡胶,硬塑料接近纤维。软塑料的结晶度由中到高,Tm、Tg有很宽的范围,弹性模量(15 000~350000N/cm2)、抗张强度(1 500~7 000N/cm2)、伸长率(20%~800%)都从中到高。聚乙烯、聚丙烯和结晶度中等的尼龙-66均属于软塑料。硬塑料的特点是刚性大、难变形。弹性模量(70 000~350 000N/cm2)和抗张强度(3 000~8 500N/cm2)都很高,而断裂伸长率很低(0.5%~3%)。这类塑料用的聚合物都具有刚性链,属无定型。塑料按其受热行为也可分为热塑性塑料和热固性塑料。依塑料的状态又可细分为模塑塑料、层压塑料、泡沫塑料、人造革、塑料薄膜等。

但是,可持续聚合物占有的整体塑料市场份额不到10%,Hillmyer说。其中的一个障碍是它们的成本过高;另一个问题是天然淀粉的单分子体构建模块比石油化石氢碳化合物含有更多的氧原子。这会影响聚合物的特征,如使材料变硬,很难直接替换价格低廉、灵活的塑料,如聚苯乙烯和聚乙烯。

⑦功能高分子材料。功能高分子材料除具有聚合物的一般力学性能、绝缘性能和热性能外,还具有物质、能量和信息的转换、磁性、传递和储存等特殊功能。已实用的有高分子信息转换材料、高分子透明材料、高分子模拟酶、生物降解高分子材料、高分子形状记忆材料和医用、药用高分子材料等。

聚合物的性能 高弹形变和黏弹性是聚合物特有的力学性能。这些特性均与大分子的多层次结构的大分子链的特殊运动方式以及聚合物的加工有密切的关系。聚合物的强度、硬度、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性、耐溶剂性以及电绝缘性、透光性、气密性等都是使用性能的重要指标。

塑料革命 呼之欲出 化学家探索下一代聚合物新极限

比强度高。接近或超过钢材,是一种优良的轻质高强材料;

聚集态结构 聚集态结构是指高聚物分子链之间的几何排列和堆砌结构,包括晶态结构、非晶态结构、取向态结构以及织态结构。结构规整或链次价力较强的聚合物容易结晶,例如,高密度聚乙烯、全同聚丙烯和聚酰胺等。结晶聚合物中往往存在一定的无定型区,即使是结晶度很高的聚合物也存在晶体缺陷,熔融温度是结晶聚合物使用的上限温度。结构不规整或链间次价力较弱的聚合物(如聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等)难以结晶,一般为不定型态。无定型聚合物在一定负荷和受力速度下,于不同温度可呈现玻璃态、高弹态和黏流态三种力学状态(见下图)。玻璃态到高弹态的转变温度称玻璃化温度(Tg),是无定型塑料使用的上限,橡胶使用的是下限温度。从高弹态到黏流态的转变温度称黏流温度(Tf),是聚合物加工成型的重要参数。

“总体的趋势是聚合物的应用将会继续扩张到传统上它们并未发挥作用的领域。”明尼波利斯明尼苏达大学分子化学家、《大分子》期刊编辑Tim Lodge说。这种扩张一直以来受到各领域聚合物科学发展的驱动。“现在,几乎每个化学系都有聚合物研究的员工。”他说,聚合物前沿领域的研究日益呈现跨学科性质。

一是分子量大(一般在10000以上),二是分子量分布具有多分散性。即高分子化合物与小分子不同,它在聚合过程后变成了不同分子量大小的许多高聚物的混合物。我们所说的某一高分子的分子量其实都是它的一种平均的分子量,当然计算平均分子量也以不同的权重方式分为了数均分子量、粘均分子量、重均分子量等。而小分子的分子量固定,都由确定分子量大小的分子组成。这是高聚物与小分子一个特征区别。

其中顺式的1,4-聚丁二烯,分子链与分子链之间的距离较大,在常温下是一种弹性很好的橡胶;反式1,4-丁二烯分子链的结构也比较规整,容易结晶,在常温下是弹性很差的塑料。

得克萨斯大学奥斯汀分校膜化学家Benny Freeman希望改善天然气压裂项目的废水处理方法,这些项目中的水通过压力被灌入岩石内使其裂开,从而释放出天然气。经过使用后的水会变得很脏,标准的过滤膜很块就会被阻塞,因此水必须处于极大压力下才能通过,而所用的膜也必须用化学物质清理,这会使其寿命缩短。

质轻。密度平均为1.45g/cm3,约为钢的1/5,铝的1/2;

远程结构

广泛使用的聚合物如聚苯乙烯和聚乙烯在一个方面可谓单调至极:它们会重复同样的单体结构。这种单调性与DNA的“四声道交响乐”相比显得尤其乏味,后者由4个单体编码基因组;它与蛋白质的复杂杰作相比则更为单调,一个蛋白质是由23种氨基酸形成的复杂的3D结构。

高分子材料包括哪些?一般的认为是包含天然高分子材料和人工合成高分子材料两部分。

聚合物的分类 可以从不同的角度对聚合物进行分类,如从单体来源、合成方法、最终用途、加热行为、聚合物结构等。

赫尔曼:施陶丁格是一位和平主义者,但这一战他必须胜利。1920年,这位德国化学家提出聚合物(包括橡胶和纤维素在内的广泛化合物)由类似的小分子长链构成,这些小分子由牢固的化学键相连接。但绝大多数同行却认为这种观点没有任何合理性,并认为聚合物仅是小分子的松散集合。施陶丁格拒绝让步,从而引发了长达10年的争议。

天然高分子材料:羊毛、棉花、天然橡胶、天然纤维;

高聚物 指由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成的高分子量(通常可达10^4~10^6)化合物。例如聚氯乙烯分子是由许多氯乙烯分子结构单元-CH2CHCl-重复连接而成,因此-CH2CHCl-又称为结构单元或链节。由能够形成结构单元的小分子所组成的化合物称为单体,是合成聚合物的原料。聚氯乙烯可缩写成:

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