涂料工艺学学习.pptx

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1、1-2 涂料的作用(function)1）防护(protection)作用，2）装饰(decorate)作用，3）标志（sign）作用，4）特殊(special)作用。(也是表面处理技术的作用）第1页/共136页1.防护（保护）作用金属材料，尤其是钢铁，容易受到环境中腐蚀性介质、水分和空气中氧的侵蚀和腐蚀；木材易受潮气、微生物的作用而腐烂；塑料会受光和热的作用而降解；混凝土易风化或受化学品的侵蚀，因此材料需要用涂层来保护。第2页/共136页2.装饰作用用色彩来装饰我们的环境，是人类的天性，并伴随着人类及其社会整个发展过程。由于涂料很容易配出成千上百种颜色，色彩丰富；涂层既可以做到平滑光亮，也可

2、以形成锤纹、皱纹、桔纹、斑纹等富于立体感的涂膜。第3页/共136页3.标志作用标志作用是利用色彩的明度和反差强烈的特性，引起人们警觉，避免危险事故发生，保障人们的安全。有些公共设施，如医院、消防车、救护车、邮局、路标等，也常用色彩来标示，方便人们辨别，这种涂料一般还具有回归反射作用，在夜晚可视。第4页/共136页4.特殊（功能）作用（1）力学功能：耐磨涂料、润滑涂料、阻尼涂料等（2）热功能：耐高温涂料、阻燃涂料、烧蚀涂料等（3）电磁功能：导电涂料、磁记录涂料、吸波涂料等（4）光学功能：发光涂料、荧光涂料等（5）生物功能：防污涂料、防霉涂料等（6）化学功能：耐酸、碱等化学介质涂料第5页/共136

3、页1-3 涂料的发展历程1.天然矿物和色素为基础的原始涂料。2.以油脂和松香为基础的油性涂料。3.以虫胶、大漆为基础的天然树脂及改性天然树脂涂料。“漆”字产生，沿用至今。4.合成树脂涂料。5.二战后的迅速发展，历经煤炭化工产品为主料，石油化工产品为主料，新型环保涂料。第6页/共136页20世纪以来涂料涂装技术的发展世纪以来涂料涂装技术的发展年年代代主要涂料品种主要涂料品种涂漆方法的发展涂漆方法的发展特点特点50年代年代硝基、醇酸、沥青硝基、醇酸、沥青手工空气喷涂、浸手工空气喷涂、浸涂涂效率低、危险、环境效率低、危险、环境污染大污染大6070年年代代氨基、丙烯酸、粉末氨基、丙烯酸、粉末涂料涂料静

4、电喷涂、阳极电静电喷涂、阳极电泳、粉末涂装泳、粉末涂装高效安全高效安全、低污染低污染80年代年代无溶剂涂料无溶剂涂料、高固体高固体分面漆、分面漆、自动涂漆自动涂漆、光固化光固化优质优质、高效、安全高效、安全90年代年代水性底漆、水性闪光水性底漆、水性闪光漆、高固体分罩光漆漆、高固体分罩光漆水性漆、静电喷涂、水性漆、静电喷涂、阴极电泳阴极电泳高效、低污染高效、低污染2000以后以后新型功能涂料、高环新型功能涂料、高环保性涂料保性涂料全自动化涂装全自动化涂装满足满足VOC排放规定，排放规定，GB185812001，GB185822001 第7页/共136页1-4 涂料工业的特点1）现代工业的重要原

5、材料。2）品种繁多组分复杂。3）原料来源广泛。4）易燃易爆有毒危险品。5）性能考查周期长。6）涂料与涂装互相依存。第8页/共136页1-5 涂料工业现状与发展 涂料的产量和需求一定程度上反映了一个国家经济发展的状态。2004年全世界的涂料产量为2500万吨，其中美国的产量为600万吨，占全世界产量的24%，排名世界第一。这也充分显示了美国的经济实力。我们国家八十年代的涂料产量只有几十万吨，随着国民经济突飞猛进的发展，到2004年我国的涂料产量达到了300万吨，占全世界产量的12%，首次超过日本和德国，排名世界第二。改革开放30年，我国已成为了涂料大国。第9页/共136页但是，我国是一个发展中的

6、国家，有十三亿人口。如果按人均消耗涂料量来比较，我们和世界的差距就很大了。2004年，我国的人均消费涂料量是2.3kg/a,世界的平均水平是4.0kg/a,而工业发达国家人均消费量高达40.0kg/a，差距是明显的。这种差距不仅表现在数量上，而且更表现在涂料企业的规模上，涂料产品的质量上。第10页/共136页 从80年代以来，我国先后从日本、奥地利、德国、荷兰、美国等国家引进了数套汽车涂料生产装置；经由不同渠道从日本、法国、美国等引进10多条乳胶涂料生产线，通过消化、吸收、创新，使我国涂料生产再上了一个新台阶。在船舶涂料、海洋涂料和防腐蚀涂料方面，丹麦Hempel、英国IP、挪威Jotuh、英

7、国伯爵、日本关西相继在深、沪、穗、甬、津等地投资设厂。一些知名的助剂生产商、颜料生产商也纷纷寻找机会在华设厂，如2002德国拜尔公司在上海建立了聚氨酯固化剂生产线。中国涂料市场的国际化促进了中国涂料行业技术进步，缩短了中高档涂料产品与国外的差距，提高了在国际涂料市场上的竞争能力。第11页/共136页2004年全世界涂料企业销售额排行榜（前十五位）排名排名企业名称企业名称产值产值国家国家1AKZO NOBEL59.0亿元荷兰2PPG48.3亿元美国3ICI GROUP47.8亿元英国4HENKEL46.1亿元德国5SHERWIN-WILLIAMS43.6亿元美国6DUPONT35.0亿元美国7B

8、ASF COATINGS22.8亿元德国8VALSSPAR22.4亿元美国9RPM20.8亿元美国10SIGMAKKALON19.2亿元荷兰11NIPPON PINT16.1亿元日本12KANSAI PINT15.0亿元日本13HBFULLER12.8亿元美国14ROHM&HAAS10.6亿元美国15SIKA AG9.285亿元瑞士第12页/共136页2004年我国涂料行业重点企业销售额排行榜排名排名企企 业业 名名 称称工业销售产值工业销售产值/亿元亿元20042003增长增长%1立邦涂料（中国）有限公司14.110.337.792杜邦中国集团有限公司12.49.038.113廊坊立邦涂料有

9、限公司10.47.930.674PPG涂料（天津）有限公司7.36.79.995上海涂料有限公司8.26.525.776中涂化工（上海）有限公司7.25.531.357广州珠江化工集团有限公司7.87.010.798山东乐化集团有限公司7.85.638.329上海国际油漆有限公司7.45.436.910顺德区华润涂料厂有限公司7.35.532.0411海虹老人牌涂料（昆山）有限公司5.94.921.0212上海关西涂料化工有限公司5.93.570.5413立邦涂料（广东）有限公司4.13.614.3414巴斯夫上海涂料有限公司5.45.7-6.1415卜内门太古油（上海）有限公司4.13.22

10、7.77第13页/共136页 世界十大涂料油漆品牌2006年度最新排名 第一:阿克苏诺贝尔（荷兰）AkzoNobel第二:卜内门（英国）ICI第三:庞贝捷（美国）PPG第四:杜威（美国）DOWAY第五:宣威（美国）SherwinWilliams第六:杜邦（美国）Dupont第七:巴斯夫（德国）BASF第八:华仕伯（美国）Valspar第九:汉高（德国）Henkel第十:式玛卡龙（荷兰）SigmaKalon 第14页/共136页国内涂料企业的情况世纪年代之前，我国的涂料工业是以国有企业为主，具有代表性的是所谓的“四大家”：北京红狮、天津灯塔、上海开林、重庆三峡，但是到了年代以后，就以民营、三资和

11、独资企业为主，原有的国有企业也大多进行了改制。第15页/共136页国有涂料企业上市的共有五家，在上市公司的行业板块中属上等板块之一。它们是天津灯塔涂料股份有限公司（简称灯塔油漆000695）、武汉双虎涂料集团股份有限公司（简称双虎涂料600885）、西北永新化工股份有限公司（简称西北化工000791）、重庆三峡油漆股份有限公司（简称渝三峡000565）、南京红太阳股份有限公司（简称红太阳）这五家公司是我国国有涂料企业的精华之所在，企业规模、技术规模、技术水平、盈利能力、管理水平以及企业文化都有一定的影响力和代表性。目前一些民营、三资企业也逐渐成为上市公司。第16页/共136页广东的涂料业经过几

12、十年尤其是近年的发展，已经成为业内的龙头老大，产量已占据全国总产量的还要多。顺德、东莞、深圳、广州一带的涂料企业中有一批已达到了相当的规模。有人说：中国要出现航空母舰式的涂料企业集团，就一定是会出在珠江三角洲一带。第17页/共136页1-6 涂料工业的发展方向 涂料形态的四化：水性、高固含、无溶剂、粉末。涂料制造向管道化、密闭化、连续化、自动化的方向发展。涂装技术上的变革。涂料产品向多样化、系列化、功能化、半永久化的方向发展。作业环境改观，三废污染降到最低。摆脱石油化工原料的依赖性。无机涂料的发展大，生物油的利用可能大有提高。第18页/共136页第二章 涂料的基本性质 涂料的形态特征 涂料的组

13、成与分类 涂料的高分子特性 涂料的干燥成膜2-1 涂料的形态特征重点：流变学基本概念难点：非牛顿流体的特征第19页/共136页一、流变学基本概念 描述物体在外力作用下产生流动和形变规律的学科，称为流变学。一个理想固体，在外力作用下产生弹性形变，一旦除去外力，形变又完全恢复。一个理想流体，包含液体和气体，在外力作用下，产生不可逆的形变，除去外力不能恢复原状。大多数液体显示了介于流体和固体之间的性能，它们或多或少是有弹性而粘稠的，被称为“粘弹体”。涂料就是这种液体。第20页/共136页牛顿型流体中的定量关系第21页/共136页流变学的三要素剪切应力：作用于物体单位面积切线方向上的力。剪切速率：当顶

14、板在力F作用下沿切线方向一移动时，由于内聚力的作用其下层随之流动并传递到最底层。粘度：剪切应力和剪切速率的比值叫绝对黏度，是液体流动阻力的量度第22页/共136页二、流体的主要类型液体的流动（粘度）特征曲线，可以分为牛顿型和非牛顿型1、牛顿型流动：水、溶剂、一些树脂溶液剪切速率D剪切应力剪切速率D粘度第23页/共136页2、非牛顿型流动：绝大多数的涂料成品剪切速率D剪切应力剪切速率D粘度剪切速率D粘度剪切速率D剪切应力假塑性流动假塑性流动(涂料成品）涂料成品）膨胀型流动膨胀型流动（色浆研磨）（色浆研磨）第24页/共136页3、触变型流动剪切速率D粘度触变型涂料的特征：当剪切速率增加时，黏度逐步

15、下降，一旦剪切力释去，黏度又回升由于初始的结构已破坏，必须经过一定的时间才能恢复，因此在任何剪切力下其黏度值均低于未经剪切的黏度液体静止后形成了一个封闭的特征曲线，其封闭区域的面积是衡量触变性能的尺度第25页/共136页4、影响黏度的因素温度:(T)=Aexp(E/RT)成膜物质的浓度:lg=W/(ka a-kb bW)溶剂的黏度第26页/共136页5、涂料的流平涂料流平能力和以下因素有关：涂料黏度、表面张力、涂层厚度、涂层波长、涂层的振幅。动力源是表面张力。xa第27页/共136页6、涂料的流挂pgX3tV=3 动力源是涂料重力。黏度对流平和流挂的作用是相反的，只能调节到一个适中的情况。第2

16、8页/共136页2-2 涂料组成、分类与命名重点：涂料的组成，我国涂料的分类和命名。一、涂料的组成 （如图）涂料由主要成膜物质、次要成膜物质和辅助成膜物质组成。主要成膜物质和次要成膜物质在涂装施工后将成为固体涂膜，称为固体份；辅助成膜物质在涂装后将挥发或极少量的残留，因此称为挥发份。第29页/共136页涂料次要成膜物质颜料颜料填料填料增塑剂增塑剂 主要成膜物质油料油料合成树脂合成树脂 辅助成膜物质各种溶剂各种溶剂水水助剂助剂 （挥发份）（固体份）第30页/共136页或简单划分：第31页/共136页1、主要成膜物质：自身能形成致密涂膜的物质，是涂料中不可缺少的成分，涂膜的性质主要由它所决定，又称

17、为基料。涂膜中的高分子化合物。可作为涂料成膜物质的品种很多，主要可分为转化型和非转化型两大类。转化型涂料成膜物主要有干性油和半干性油，双组分的氨基树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、热固型丙烯酸树脂、酚醛树脂等等。非转化型涂料成膜物主要有硝化棉、氯化橡胶、沥青、改性松香树脂、热塑型丙烯酸树脂、乙酸乙烯树脂等。第32页/共136页2、次要成膜物质：自身不能形成完整的涂膜，但能与主要成膜物质一起参与成膜，赋予涂膜色彩或某种功能，也能改变涂膜的物理力学性能。次要成膜物质包括颜料、填料、功能性添加剂。颜料是分散在漆料中的固体微粒，可以使涂料呈现出丰富的颜色，使涂料具有一定的遮盖力，并且具有增强涂膜机械性能和耐

18、久性的作用。填料也叫体质颜料，基本不具有遮盖力，主要起填充作用，增加涂膜的厚度和机械性能，可以降低涂料成本。常用填料有滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、二氧化硅等。第33页/共136页3、辅助成膜物质 包括溶剂、稀释剂和助剂，用于帮助涂料在制造、储存、施工过程中，实现某一性能具有专门作用。溶剂:除了少数无溶剂涂料和粉末涂料外，溶剂是涂料不可缺少的组成部分。一般常用有机溶剂主要有脂肪烃、芳香烃、醇、酯、酮、卤代烃、萜烯等等。溶剂在涂料中所占比重大多在50%左右。溶剂的主要作用是溶解和稀释成膜物，使涂料在施工时易于形成比较完美的漆膜。溶剂在涂料施工结束后，一般都挥发至大气中，很少残留在漆膜里。从这个意义上来

19、说，涂料中的溶剂既是对环境的极大污染，也是对资源的很大浪费。所以，现代涂料行业正在努力减少溶剂的使用量。稀释剂：也是有机溶剂，但对涂料成摸物质的溶解性较弱，主要是降低涂料的粘度，仅在涂料施工前使用。第34页/共136页助剂：又叫添加剂，它为涂料提供所需的性质。其作用是对涂料或涂膜的某一特定方面的性能起改进作用。因此，助剂的使用是根据涂料和涂膜的不同要求而决定的。现代涂料助剂主要有四大类的产品：（1）对涂料生产过程发生作用的助剂，如消泡剂、润湿剂、分散剂、乳化剂等。（2）对涂料储存过程发生作用的助剂，如防沉剂、稳定剂、分散剂、防结皮剂等。（3）对涂料施工过程起作用的助剂，如流平剂、消泡剂、催干剂

20、、防流挂剂等。（4）对涂膜性能产生作用的助剂，如增塑剂、消光剂、阻燃剂、防霉剂等。第35页/共136页二、涂料的分类与名称1 1、涂料的分类方法（1 1）按涂料形态分类：溶剂型涂料、高固体分涂料、无溶剂型涂料、水性涂料、粉末涂料等。（2 2）按涂料用途分类：建筑涂料、工业涂料和维护涂料。可以细分为具体使用对象，如内墙涂料，汽车涂料等。（3 3）按成膜工序分类：底漆、腻子、中涂、面漆、罩光漆等。（4 4）按涂膜功能分类：装饰漆、防锈漆、防腐漆、绝缘漆、耐高温涂料、导电涂料等。第36页/共136页（5）按成膜机理分类：转化型涂料和非转化型涂料。非转化型涂料是热塑性涂料，包括挥发性涂料、热塑性粉末涂

21、料、乳胶漆等；非转化型基料是分子量较高的聚合物，可以溶解在溶剂中或分散在分散介质中，施涂之后，溶剂或分散介质挥发，基料就在底材上形成连续而均匀的涂膜。非转化型涂料大多为挥发型涂料。转化型涂料包括气干性涂料、固化剂固化涂料、烘漆（烤漆）、辐射固化涂料等。转化型基料在成膜之前处于未聚合或部分聚合的状态，施涂之后，通过化学(聚合)反应而形成固态的涂膜，如油脂和油基树脂、醇酸树脂、氨基树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂及有机硅树脂等。第37页/共136页（6）按照颜色或所含主要颜料分类：特黑漆、红丹漆、铝粉漆、变色龙涂料等。（7）按主要成膜物质分类：我国按主要成膜物质分类，将涂料共分成18类，其中第

22、18类为涂料辅助材料（如下表）。该分类法是原国家化学工业部于1967年初定的，后经1975和1992年的两次修订。涂料产品分类方法正在进行修订，随着我国涂料生产专业化分工越来越细，无污染、节能源、环保型、多功能涂料相继问世同时，世界经济的一体化，也要求统计标准必须与国际接轨。第38页/共136页涂料类别与代号序序号号代代号号涂料类别涂料类别序序号号代代号号涂料类别涂料类别序序号号代代号号涂料类别涂料类别1Y油性树脂油性树脂7Q硝基纤维素硝基纤维素13H环氧树脂环氧树脂2T天然树脂天然树脂8M纤维素纤维素14S聚氨酯聚氨酯3F酚醛树脂酚醛树脂9G过氧乙烯树过氧乙烯树脂脂15W 元素有机聚合元素有

23、机聚合物物4L沥青沥青10 X乙烯基树脂乙烯基树脂16J橡胶橡胶5C醇酸树脂醇酸树脂11 B丙烯酸树脂丙烯酸树脂17E其他其他6A氨基树脂氨基树脂12 Z聚酯树脂聚酯树脂18辅助材料辅助材料第39页/共136页辅助材料分类辅助材料分类序序号号代代号号名名称称序序号号代代号号名名称称1X稀释剂稀释剂4T脱漆剂脱漆剂2F防潮剂防潮剂5H固化剂固化剂3G催干剂催干剂第40页/共136页2、涂料的标准命名 为了简化起见，在涂料命名时，除了粉末涂料外仍采用“漆”一词。各涂料品种也称为漆，在统称时仍用“涂料”一词。涂料命名原则规定如下：（1）全名=颜料或颜色名称+成膜物质名称+基本名称。（若颜料对漆膜性能

24、起显著作用，则用颜料名称代替颜色名称），如：铁红醇酸瓷漆。（2）对于某些有专业用途及特性的产品，必要时在成膜物质后面加以阐明，如：银白丙烯酸汽车修补漆。第41页/共136页（3）基本名称编号原则 涂料基本名称编号原则是采用00-99二位数字来表示。00-O9代表基本品种；10-19代表美工漆；20-29代表轻工用漆；30-39代表绝缘漆；40-49代表船舶漆；50-59代表防腐蚀漆等等。第42页/共136页代号代号基本名称基本名称代号代号基本名称基本名称00清油清油31（覆盖）绝缘漆（覆盖）绝缘漆01清漆清漆32绝缘（磁烘）漆绝缘（磁烘）漆02厚漆厚漆33粘合绝缘漆粘合绝缘漆03调和漆调和漆3

25、4漆包线漆漆包线漆04磁漆磁漆35硅钢片漆硅钢片漆05烘漆烘漆36电容器漆电容器漆06底漆底漆37电阻漆、电容器漆电阻漆、电容器漆07腻子腻子38半导体漆半导体漆08水溶漆、乳胶漆水溶漆、乳胶漆40防污漆、防蛆漆防污漆、防蛆漆09大漆大漆41水线漆水线漆第43页/共136页代号代号基本名称基本名称代号代号基本名称基本名称10锤纹漆锤纹漆42甲板漆、甲板防滑漆甲板漆、甲板防滑漆11皱纹漆皱纹漆43船壳漆船壳漆12裂纹漆裂纹漆44船底漆船底漆13晶纹漆晶纹漆50耐酸漆耐酸漆14透明漆透明漆51耐减漆耐减漆20铅笔漆铅笔漆52防腐漆防腐漆22木器漆木器漆53防锈漆防锈漆23罐头漆罐头漆54耐油漆耐油

26、漆30（浸渍）绝缘漆（浸渍）绝缘漆55耐水漆耐水漆第44页/共136页代号代号基本名称基本名称代号代号基本名称基本名称60防火漆防火漆81鱼网漆鱼网漆61耐热漆耐热漆82锅炉漆锅炉漆62变色漆变色漆83烟囱漆烟囱漆63涂布漆涂布漆84黑板漆黑板漆64可剥漆可剥漆85调色漆调色漆65粉末涂料粉末涂料86标志漆、线路漆标志漆、线路漆66感光涂料感光涂料98胶液胶液80地板漆地板漆99其他其他第45页/共136页2-3 涂料的高分子特性重点：高分子的基本概念难点：涂料高分子聚合反应 涂料的主要成膜物质（油、树脂）是由具有一定聚合度的高分子化合物组成的，经过干燥（固化）形成高分子基的薄膜复合材料。高分

27、子的基本概念内容：高分子化合物的基本特征聚合反应 第46页/共136页高分子材料功能高分子功能高分子是指在高分是指在高分是指在高分是指在高分子主链和侧枝上带有反应子主链和侧枝上带有反应子主链和侧枝上带有反应子主链和侧枝上带有反应性功能基团，并具有可逆性功能基团，并具有可逆性功能基团，并具有可逆性功能基团，并具有可逆或不可逆的物理功能或化或不可逆的物理功能或化或不可逆的物理功能或化或不可逆的物理功能或化学活性的一类高分子学活性的一类高分子学活性的一类高分子学活性的一类高分子塑料塑料塑料塑料橡胶橡胶橡胶橡胶纤维纤维纤维纤维涂料涂料涂料涂料 胶粘剂胶粘剂胶粘剂胶粘剂功能高分子功能高分子功能高分子功能

28、高分子产量最大，与国民经济、人民生活关系密产量最大，与国民经济、人民生活关系密产量最大，与国民经济、人民生活关系密产量最大，与国民经济、人民生活关系密切，故称为切，故称为切，故称为切，故称为“三大合成材料三大合成材料三大合成材料三大合成材料”胶粘剂胶粘剂是指具有良好的是指具有良好的是指具有良好的是指具有良好的粘合性能，可将两种相粘合性能，可将两种相粘合性能，可将两种相粘合性能，可将两种相同或不相同的物体粘接同或不相同的物体粘接同或不相同的物体粘接同或不相同的物体粘接在一起的连接材料在一起的连接材料在一起的连接材料在一起的连接材料第47页/共136页一、高分子的基本概念 一个大分子往往是由许多相

29、同的、简单的结构单元通过一个大分子往往是由许多相同的、简单的结构单元通过一个大分子往往是由许多相同的、简单的结构单元通过一个大分子往往是由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成。共价键重复连接而成。共价键重复连接而成。共价键重复连接而成。例如：例如：例如：例如：聚苯乙烯聚苯乙烯聚苯乙烯聚苯乙烯l l合成聚合物的起始原料称为合成聚合物的起始原料称为单体单体（MonomerMonomer）l l在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团称为在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团称为结构结构单元单元（StructureunitStructureunit）缩写成缩写成第48页/共136页

30、l ln n 表示重复单元数，也称为链节数表示重复单元数，也称为链节数,在此等于在此等于聚合度聚合度l l聚合度聚合度（Degree of polymerizationDegree of polymerization），是衡量高分子大），是衡量高分子大小的一个指标。小的一个指标。有两种表示法：有两种表示法：oo以大分子链中的结构单元数目表示，记作：以大分子链中的结构单元数目表示，记作：oo以大分子链中的重复单元数目表示，记作：以大分子链中的重复单元数目表示，记作：结构单元单体单元重复单元链节结构单元单体单元重复单元链节结构单元单体单元重复单元链节结构单元单体单元重复单元链节l l结构单元有时也

31、称为结构单元有时也称为单体单元单体单元（Monomer unitMonomer unit）重复重复单元单元(Repeating unit(Repeating unit）,链节链节(Chain element(Chain element）第49页/共136页式中式中:M M 是高分子的分子量是高分子的分子量 MM0 0 是结构单元的分子量是结构单元的分子量由聚合度可计算出高分子的分子量：由聚合度可计算出高分子的分子量：由聚合度可计算出高分子的分子量：由聚合度可计算出高分子的分子量：第50页/共136页 由一种单体聚合而成的高分子称为由一种单体聚合而成的高分子称为均聚物均聚物。由两种或两种以上的单

32、体聚合而成的高由两种或两种以上的单体聚合而成的高分子则称为分子则称为共聚物共聚物。第51页/共136页二、高分子化合物的基本特征l l分子量大是高分子的根本性质，其许多特殊性质都与分子量大是高分子的根本性质，其许多特殊性质都与之有关，如高分子的溶液性质：之有关，如高分子的溶液性质：难溶，甚至不溶难溶，甚至不溶 溶液粘度比同浓度的小分子高得多溶液粘度比同浓度的小分子高得多 分子之间的作用力大分子之间的作用力大,只有液态和固态只有液态和固态,不能汽化不能汽化 固体聚合物具有一定的力学强度固体聚合物具有一定的力学强度1 1、分子量大分子量大第52页/共136页高分子的强度与分高分子的强度与分子量密切

33、相关子量密切相关一般高分子的分子量在一般高分子的分子量在一般高分子的分子量在一般高分子的分子量在 101010104 4 4 4 101010106 6 6 6 范围范围范围范围超高分子量的聚合物的分子量高达超高分子量的聚合物的分子量高达超高分子量的聚合物的分子量高达超高分子量的聚合物的分子量高达101010106 6 6 6 以上以上以上以上AC强强度度聚合度聚合度B第53页/共136页2.分子量具有多分散性分子量具有多分散性 什么是分子量的多分散性（什么是分子量的多分散性（PolydispersityPolydispersity）？高分子不是由单一分子量的化合物所组成高分子不是由单一分子量

34、的化合物所组成 即使是一种即使是一种“纯粹纯粹”的高分子，也是由化学组成的高分子，也是由化学组成相同、分子量不等、结构不同的同系聚合物的混合物相同、分子量不等、结构不同的同系聚合物的混合物所组成。所组成。这种高分子的分子量不均一这种高分子的分子量不均一(即分子量大小不一、即分子量大小不一、参差不齐）的特性，就称为分子量的多分散性。参差不齐）的特性，就称为分子量的多分散性。因此应因此应注意注意：一般测得的高分子的分子量都是平均分子量。一般测得的高分子的分子量都是平均分子量。聚合物的平均分子量相同，但分散性不一定相同聚合物的平均分子量相同，但分散性不一定相同第54页/共136页3 3、平均分子量的

35、表示方法、平均分子量的表示方法 数均分子量数均分子量（Number-average molecular weightNumber-average molecular weight）按聚合物中含有的分子数目统计平均的分子量按聚合物中含有的分子数目统计平均的分子量按聚合物中含有的分子数目统计平均的分子量按聚合物中含有的分子数目统计平均的分子量高分子样品中所有分子的总重量除以其分子高分子样品中所有分子的总重量除以其分子高分子样品中所有分子的总重量除以其分子高分子样品中所有分子的总重量除以其分子(摩尔摩尔摩尔摩尔)总数总数总数总数式中，式中，式中，式中，WWi i，N Ni i，MMi i分别为分别为

36、分别为分别为i-i-聚体的重量、分子数、分子量聚体的重量、分子数、分子量聚体的重量、分子数、分子量聚体的重量、分子数、分子量 i i =1=1 数均分子量是通过依数性方法数均分子量是通过依数性方法数均分子量是通过依数性方法数均分子量是通过依数性方法(冰点降低冰点降低冰点降低冰点降低法法法法、沸点升高法、沸点升高法、沸点升高法、沸点升高法、渗透压法、蒸汽压法渗透压法、蒸汽压法渗透压法、蒸汽压法渗透压法、蒸汽压法)和端基滴定法测定和端基滴定法测定和端基滴定法测定和端基滴定法测定第55页/共136页 式中符号意义同前式中符号意义同前 测定方法：光散射法测定方法：光散射法重均分子量重均分子量重均分子量

37、重均分子量（Weight-average molecular weightWeight-average molecular weight）是按照聚合物的重量进行统计平均的分子量是按照聚合物的重量进行统计平均的分子量是按照聚合物的重量进行统计平均的分子量是按照聚合物的重量进行统计平均的分子量 i-i-i-i-聚体的分子量乘以其重量分数的加和聚体的分子量乘以其重量分数的加和聚体的分子量乘以其重量分数的加和聚体的分子量乘以其重量分数的加和第56页/共136页 对于一定的聚合物溶剂体系，其特对于一定的聚合物溶剂体系，其特性粘度性粘度 和分子量的关系如下：和分子量的关系如下：一般，值在0.50.9之间，

38、故Mark-Houwink方程K,方程K,是与聚合物、溶剂有关的常数是与聚合物、溶剂有关的常数粘均分子量粘均分子量粘均分子量粘均分子量（Viscosity-average molecular weightViscosity-average molecular weight）第57页/共136页 举例举例：设一聚合物样品，其中分子量为：设一聚合物样品，其中分子量为10104 4的分子有的分子有10 mol,10 mol,分子量为分子量为10105 5的分子有的分子有5 5 mol,mol,求分子量求分子量第58页/共136页讨论：MMw w MMv v MMn n，MMv v略低于略低于MMw

39、wMMn n靠近聚合物中低分子量的部分，即低分子靠近聚合物中低分子量的部分，即低分子量部分对量部分对MMn n影响较大影响较大MMw w靠近聚合物中高分子量的部分，即高分子靠近聚合物中高分子量的部分，即高分子量部分对量部分对MMw w影响较大影响较大一般用一般用MMw w来表征聚合物比来表征聚合物比MMn n更恰当，因为更恰当，因为聚合物的性能如强度、熔体粘度更多地依赖聚合物的性能如强度、熔体粘度更多地依赖于样品中较大的分子于样品中较大的分子第59页/共136页4 4 4 4、高分子分子量多分散性的表示方法、高分子分子量多分散性的表示方法 单独一种平均分子量不足以表征聚合物的性能，单独一种平均

40、分子量不足以表征聚合物的性能，还需要了解分子量多分散性的程度还需要了解分子量多分散性的程度 以以分子量分布指分子量分布指数表示数表示 即重均分子量与数均分子量的比值，即重均分子量与数均分子量的比值，MMw w/MMn n MwMw/MnMn 分子量分布情况分子量分布情况 1 1 均一分布均一分布 接近接近 1 (1.5 21 (1.5 2）分布较窄分布较窄 远离远离 1 (20 50)1 (20 50)分布较宽分布较宽 第60页/共136页 以以分子量分布曲线分子量分布曲线表示表示 将高分子样品分成不同将高分子样品分成不同分子量的级分，这一实分子量的级分，这一实验操作称为验操作称为分级分级高聚

41、物的分子量分布曲线高聚物的分子量分布曲线以被分离的各级分的重以被分离的各级分的重以被分离的各级分的重以被分离的各级分的重量分率对平均分子量作量分率对平均分子量作量分率对平均分子量作量分率对平均分子量作图，得到图，得到图，得到图，得到分子量重量分分子量重量分分子量重量分分子量重量分率分布曲线率分布曲线率分布曲线率分布曲线。可通过曲。可通过曲。可通过曲。可通过曲线形状，直观判断分子线形状，直观判断分子线形状，直观判断分子线形状，直观判断分子量分布的宽窄。量分布的宽窄。量分布的宽窄。量分布的宽窄。分级的实验方法分级的实验方法 逐步沉淀分级 逐步溶解分级 GPC(凝胶渗透色谱重重量量分分率率平均分子量

42、平均分子量第61页/共136页5 5、分子量分布是影响聚合物性能的重要因素、分子量分布是影响聚合物性能的重要因素 分子量过高的部分使聚合物强度增加分子量过高的部分使聚合物强度增加 低分子量部分使聚合物强度降低低分子量部分使聚合物强度降低 不同用途的聚合物应有其合适的分子量分布不同用途的聚合物应有其合适的分子量分布 涂料树脂的分子量分布宜窄涂料树脂的分子量分布宜窄 第62页/共136页l l （1 1 1 1）高分子的链结构）高分子的链结构）高分子的链结构）高分子的链结构oo 高分子链的几何形状大致有三种：高分子链的几何形状大致有三种：高分子链的几何形状大致有三种：高分子链的几何形状大致有三种：

43、线形线形线形线形 支链形支链形支链形支链形 体形体形体形体形6 6、高分子的结构复杂高分子的结构复杂主线上带有侧枝,有的是聚合中自然形成的支链，有的是人为的通过反应接枝上去的。可溶解在适当溶剂中,加热可以熔融。线形或支链形高分子间以化学键交联而成一个整体。交联程度浅的,受热可软化，适当溶剂可溶胀。交联程度深的,既不溶解,又不熔融。长链可能比较伸展，也可能卷曲成团，一般为无规线团。适当溶剂可溶解，加热可以熔融。第63页/共136页序列结构序列结构 具有取代基的乙烯基单体可能存在头具有取代基的乙烯基单体可能存在头尾或头头或尾尾连接尾或头头或尾尾连接p 高分子链的微结构复杂高分子链的微结构复杂高分子

44、链的微结构复杂高分子链的微结构复杂在高分子链中，结构单元的化学组成相同时，连接在高分子链中，结构单元的化学组成相同时，连接在高分子链中，结构单元的化学组成相同时，连接在高分子链中，结构单元的化学组成相同时，连接方式和空间排列也会不同方式和空间排列也会不同方式和空间排列也会不同方式和空间排列也会不同头头-尾结构尾结构头头-头、尾头、尾-尾结构尾结构有取代基的碳原子为头，无取代基的碳原子为尾有取代基的碳原子为头，无取代基的碳原子为尾有取代基的碳原子为头，无取代基的碳原子为尾有取代基的碳原子为头，无取代基的碳原子为尾第64页/共136页 立体异构立体异构立体异构立体异构 当高分子链当高分子链当高分子

45、链当高分子链中含有不对称碳中含有不对称碳中含有不对称碳中含有不对称碳原子时，则会形原子时，则会形原子时，则会形原子时，则会形成立体异构体成立体异构体成立体异构体成立体异构体 连有四个不相同的原连有四个不相同的原连有四个不相同的原连有四个不相同的原子或基团的碳原子称子或基团的碳原子称子或基团的碳原子称子或基团的碳原子称为不对称碳原子为不对称碳原子为不对称碳原子为不对称碳原子第65页/共136页顺反异构顺反异构 大分子链中存在双键时，会存在顺、反异构大分子链中存在双键时，会存在顺、反异构体体分子链中的结构差异，对聚合物的性能影响很分子链中的结构差异，对聚合物的性能影响很大。大。顺式（天然橡胶）顺式

46、（天然橡胶）反式（古塔波胶）反式（古塔波胶）第66页/共136页l（2）高分子的聚集态结构指高聚物材料整体的内部结构，即高分子链与指高聚物材料整体的内部结构，即高分子链与链之间的排列和堆砌结构。链之间的排列和堆砌结构。涂料高分子是非晶态结构涂料高分子是非晶态结构 非晶态高聚物的分子链处于无规线团状态，非晶态高聚物的分子链处于无规线团状态，这种缠结、混杂的状态存在着一定程度的有序这种缠结、混杂的状态存在着一定程度的有序 非晶态高分子没有熔点，在比容非晶态高分子没有熔点，在比容-温度曲线上有温度曲线上有一转折点，此点对应的温度称为一转折点，此点对应的温度称为玻璃化转变温度玻璃化转变温度，用用T T

47、g g表示表示。第67页/共136页非晶态高聚物的温度比容曲线非晶态高聚物的温度比容曲线 温 度 比 容TgTf 温 度 形 变 玻 璃 态 高 弹 态 粘 流 态非晶态高聚物的温度形变曲线非晶态高聚物的温度形变曲线玻璃态玻璃态高弹态高弹态粘流态粘流态玻璃化转变温度，Tg粘流温度，Tf第68页/共136页（3 3 3 3）高分子化合物的）高分子化合物的）高分子化合物的）高分子化合物的命名命名命名命名以单体名称为基础，在前面加以单体名称为基础，在前面加“聚聚”字字 乙烯乙烯 丙烯丙烯 氯乙烯氯乙烯 甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸甲酯 聚乙烯聚乙烯 聚丙烯聚丙烯 聚氯乙烯聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基

48、丙烯酸甲酯取单体简名，在后面加取单体简名，在后面加“树脂树脂”二字二字 如如 苯酚苯酚 甲醛甲醛 酚醛树脂酚醛树脂 尿素尿素 甲醛甲醛 脲醛树脂脲醛树脂 第69页/共136页聚酰胺聚酰胺聚酰胺聚酰胺 聚酯聚酯聚酯聚酯 聚氨酯聚氨酯聚氨酯聚氨酯 聚醚聚醚聚醚聚醚l 以高分子链的结构特征命名以高分子链的结构特征命名 第70页/共136页三、聚合反应由低分子单体合成聚合物的反应称为由低分子单体合成聚合物的反应称为聚合反应聚合反应 一、按反应机理分类：一、按反应机理分类：连锁聚合、逐步聚合连锁聚合、逐步聚合l连锁聚合反应连锁聚合反应（Chain PolymerizationChain Polymeri

49、zation）也称也称 链式链式 反应反应，反应需要活性中心。，反应需要活性中心。反应中一旦形成单体活性中心，就能很快传递下反应中一旦形成单体活性中心，就能很快传递下去，瞬间形成高分子。平均每个大分子的生成时间去，瞬间形成高分子。平均每个大分子的生成时间很短（零点几秒到几秒）很短（零点几秒到几秒）第71页/共136页自由基聚合：活性中心为自由基自由基聚合：活性中心为自由基自由基聚合：活性中心为自由基自由基聚合：活性中心为自由基阳离子聚合：活性中心为阳离子阳离子聚合：活性中心为阳离子阳离子聚合：活性中心为阳离子阳离子聚合：活性中心为阳离子阴离子聚合：活性中心为阴离子阴离子聚合：活性中心为阴离子阴

50、离子聚合：活性中心为阴离子阴离子聚合：活性中心为阴离子配位离子聚合：活性中心为配位离子配位离子聚合：活性中心为配位离子配位离子聚合：活性中心为配位离子配位离子聚合：活性中心为配位离子聚合过程由链引发、链增长和链终止几步基元反应聚合过程由链引发、链增长和链终止几步基元反应组成，各步反应速率和活化能差别很大组成，各步反应速率和活化能差别很大反应体系中只存在单体、聚合物和微量引发剂反应体系中只存在单体、聚合物和微量引发剂进行连锁聚合反应的单体主要是烯类、二烯类化合进行连锁聚合反应的单体主要是烯类、二烯类化合物物根据活性中心不同，连锁聚合反应又分为根据活性中心不同，连锁聚合反应又分为：第72页/共13