塑料包装材料-塑料包装材料概论.ppt
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1、塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,包 装 材 料 学,塑料是可塑性高分子材料的简称。1、质轻、机械性能好2、适宜的阻隔性与渗透性3、化学稳定性好4、光学性能优良5、卫生性良好6、良好的加工性能和装饰性,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,概述,1、薄膜2、容器3、防震缓冲包装材料4、密封材料5、带状材料,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,塑料在包装方面的主要应用,聚合物是由成千上万个原子以共价键相互连接而成的大分子。低分子化合物称为单体(Monomer),聚合物Polymer 来自希腊文 Poly(许多)Meros(单元)的意思。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,高分子
2、材料基础知识,聚合物,1高分子是由很大数目(103105)数量级的结构单元组成的。每一结构单元相当于一个小分子,这些结构单元可以是一种(均聚物),也可以是几种(共聚物),它们以共价键相连接,形成线型分子、支化分子、网状分子等。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,高分子结构的特点,2一般高分子的主链都有一定的内旋转自由度,可以使主链弯曲而具有柔性。并由于分子的热运动,柔性链的形状可以不断改变。如果化学键不能作内旋转,或结构单元有强烈的相互作用,则形成刚性链具有一定的形状。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,3高分子结构的不均一性是一个显著特点。即使是相同条件下的反应产物,各个分子的分
3、子量、单体单元的键合顺序、空间构型的规整性、支化度、交联度以及共聚物的组成及序列结构等都存在着或多或少的差异。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,4由于一个高分子链包含很多结构单元,因此结构单元间的相互作用对其聚集态结构和物理性能有着十分重要的影响。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,5高分子的聚集态有晶态和非晶态之分,高聚物的晶态比小分子晶态的有序程度差很多,存在很多缺陷。但高聚物的非晶态却比小分子液态的有序程度高,这是因为高分子的长链是由结构单元通过化学键联结而成的,所以沿着主链方向的有序程度必然高于垂直于主链方向的有序程度,尤其是经过受力变形后的高分子材料更是如此。,塑 料
4、包 装 材 料塑料包装材料概论,6要使高聚物加工成有用的材料,往往需要在其中加入填料、各种助剂、色料等。有时用两种或两种以上的高聚物共混改性。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,高分子链的基本单位是结构单元,组成结构单元的原子决定了高分子的元素成分。按分子主链的组成分类,链状高分子可分为三类:,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,高分子链的化学组成,1、碳链高分子:它的主链上的全部元素均由碳原子以共价键连接组成。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,实例:聚乙烯,聚丙烯,聚苯乙烯 聚氯乙烯,聚四氟乙烯 聚丁二烯,聚异戊二烯 聚烯烃 加聚物,2、杂链高分子:它们是主链上除了碳原子外
5、,还含有氧、氮、硫等其他元素并以共价键结合而形成的高分子化合物。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,实例:聚对苯二酸乙二酯,聚酰胺-66 聚氧化乙烯,聚己内酰胺 缩聚物 开环聚合物,3、元素高分子:它们是由碳以外的其他元素以共价键结合形成主链的高分子化合物。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,实例:聚硅氧烷 聚磷腈 主链不含碳,侧基是同高分子主链连接而分布在主链旁侧的化学基团。端基是指高分子链端的基团。加聚物端基:引发剂残基、单体单元缩聚物端基:单体官能团,封端剂,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,端基、侧基,一根高分子链要带有两个端基,称之为线链。高分子还可形成支化或交联结
6、构,这样的分子链称之为支链和网链。支化和交联高分子可存在两个以上的端基。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,支化与交联,无规支化:少量多官能团单体参加的加聚物与缩聚物 向高分子链转移的聚合物 不确定因素有规支化:星型、梳型,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,适度交联:交联点之间的链段(网链)足够长 硫化橡胶、辐射交联聚烯烃高密度交联:交联点之间仅有几个化学键 热固性树脂:环氧、脲醛、酚醛树脂,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,键接结构是指单体在形成高分子键时因其相互键接而造成的各基团之间的相对位置。键接结构:1、头尾接。-HT-HT-H
7、T-HT-HT-HT2、头头(尾尾)接。-HT-TH-HT-TH-HT-TH 3、无规键接。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,键接结构,构型是指由化学键所确定的原子在空间的几何排列。1、顺反异构:又称几何异构,是双键两侧基团的排列方式不同形成的异构体。2、旋光异构:又称立体异构,它是由于手性碳原子上的基团的不同排列而产生的异构现象。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,构型,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,顺反异构(几何异构),反式,顺式,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,立体异构(旋光异构),全同(等规),间同(间规),杂同(无规),塑 料 包 装 材 料塑料包装材
8、料概论,共聚物是由两种或两种以上结构单元组成的高分子,不同种类的结构单元之间受聚合条件和聚合机理的限制可有多种排列方式,从而造成复杂的序列结构。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,共聚物序列结构,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,高分子或高分子化合物是由许多具有相同链节结构,但具有不同链长即不同分子量的各种大小分子所组成的混合物,或者说是某种聚合物的同系物。因此,高分子的分子量实际上是各种大小不同高分子的分子量的平均值。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,高分子多分散性与平均分子量,高分子的这种分子量不均一性称之为多分散性。低分子物的各个分子的分子量是一致的,称之为分子量的单
9、分散性。高分子具有多分散性,故高分子的分子量通常只能取其统计平均值,而不能像低分子那样,有一个绝对固定的分子量值。换句话说,高分子的分子量只具有统计平均的意义。数均分子量、重均分子量、粘均分子量。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,1.nw这个结论带有普遍性。2.小分子量聚合体的存在对n的影响大,而对w的影响较小。分子量大的分子对 w 特别敏感。3.分子量的差异愈大,则w/n比值愈大,只有当高分子的分子量是在均一的情况下,才有n=w。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,1.分子量对强度的影响在一定的分子量范围内,高聚物的分子量必须达到某一数值
10、以上时才具有机械强度。然后强度才随分子量的增加而增加,当分子量增高到一定程度时,对强度的影响就变得不明显,最后强度逐渐趋于一极限值,并不再依赖于分子量的增加。倘若高聚物的分子量过高的话,那就不但对强度没有贡献,反而还会给加工带来不利。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,高分子分子量与高分子性能间的关系,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,醋酸纤维素抗张强度对聚合度的依赖关系,2.分子量对玻璃化温度的影响分子量对Tg的影响为在一定分子量范围内,当高聚物的分子量较低时,玻璃化温度(Tg)随着分子量的增大而增高。但当分子量达到一定数值之后,分子量对Tg的影响减少;当分子量足够高时,玻璃化温
11、度就不再随着分子量的增大而继续增高,此时可视为与分子量无关。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,分子量对玻璃化温度Tg的影响,3.分子量对脆化温度Tb的影响当聚合物的分子量较低时,Tb随分子量的增大而升高,可是当分子量到达某一定数值后,Tb却出现随分子量的增加而下降,并且降至一极限值后就不再发生变化。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,高分子的分子量对Tb的影响示意图,4.分子量对耐应力开裂的影响高分子的分子量对耐应力开裂行为有严重的影响。分子量的增加可使断裂时间增长。裂纹的形成与分子量的依赖关系并不强
12、烈,但是裂纹破裂及裂缝的增长却非常明显地与分子量有关。低分子量能导致裂纹的产生,而高分子量有利于防止裂纹变成破坏性的开裂。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,5.分子量对粘流温度Tf的影响分子量愈大,粘流温度就愈高。这是因为分子量愈大,分子链就愈长,内摩擦阻力就增大,同时高分子链的重量,物理结点的数目都增加所致。此外,还有链本身的无序热运动阻碍整个分子向某一方向移动的趋势增强所产生的阻力也不容忽视。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,6.分子量对熔体粘度的影响高聚物熔体的粘度是很大的。一个高聚物能否作为材料来使用,要看它流动的难易,而流动的难易又往往取决于高聚物本身的粘度,粘度又和
13、分子量有关。高聚物的熔体粘度是随分子量的增大而增大。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,7.分子量对弹性的影响由于高分子链具有两种运动单元,因此高分子量越大,分子链越长,其链越柔顺,而链段的热运动就越容易,并且链在伸展状态的长度也越长;同时还由于分子量越大链就越长,因而分子链与分子链之间就容易产生缠结点,这样使得大分子链与大分子链之间,不容易产生滑动。所以分子量越大,对高弹性的提高就越有利。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,8.分子量对结晶能力的影响温度相同时,发现分子量越低,结晶进行速率就越快。说明高聚物分子量低的部分其结晶能力较之分子量高的部分要大些。,塑 料 包 装 材 料
14、塑料包装材料概论,9.分子量对链结构的影响当高聚物的分子量增加,即分子链的长度也增大。此时由于内旋转的分子链的构象数目也相应地随之增多,于是就导致了分子链的柔性增大,这样就使得具有相同化学结构的长链分子要比短链分子的柔顺性更好。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,一、动态柔性与静态柔性动态柔性(动力学柔性):高分子从一种稳态构象转变为另一种稳态构象的容易程度。主要取决于构象能E。静态柔性(平衡态柔性):高分子处于较稳定状态构象时分子链的卷曲程度。主要取决于反式与旁式构象能之差。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,链柔性,二、链柔性影响因素1、主链结构碳链高分子的碳碳单键较易旋转,有
15、柔性。高分子主链含双键时,孤立双键使其相邻单键较易旋转,柔性增加。共扼双键不能旋转,柔性下降。高分子主链含刚性基团时,柔性下降。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,杂链高分子,碳氧、碳氮、碳硅键的内旋转势垒较碳碳低,柔性增加。硅氧键的内旋转势垒极小,柔性最佳。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,2、侧基(链)结构侧基极性增加,链柔性降低侧基体积增加,链柔性降低。侧基位置:沿主链排布距离增加,链柔性降低。对称分布,链柔性增加。侧链柔性增加,链柔性增加。3、其他因素,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,一、塑料的分类塑料是以聚合物为基础,加入某些助剂和填料,经一系列加工而制成的。,
16、塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,塑料的分类及命名,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,1、按热性能分类可以分为热塑性塑料和热固性塑料两类。热塑性塑料是线性和支链型聚合物。塑料受热熔融,冷却后凝固,再次加热又可软化熔融重新制成产品。这一过程可以反复进行多次,材料的化学结构基本上不起变化,这一类塑料称之为热塑性塑料。热固性塑料是在一定温度下能变成粘流状态,但是经过一定时间加热塑制成型后,不因再度加热而软化熔融。,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,塑 料 包 装 材 料塑料包装材料概论,2、按用途分类可以分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。一般把价格低、产量大、用途广而受力不大的常用
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