包裝材料學(xué) §3 塑料包裝材料概論

1、13 塑料包裝材料概論3.1 概 述 2n重量輕，透明性好;n具有良好的耐腐蝕性;n防水，防潮性能好;n有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度;n便于成型，加工;n價(jià)格較便宜。 31.塑料塑料n塑料是以聚合物為基礎(chǔ)，加入某些助劑和填料，經(jīng)一系列加工而制成的，具有可塑性的高分子材料的簡(jiǎn)稱。 42.高分子材料的分類高分子材料的分類 存在于棉、麻、毛、絲、角、革等天然材料中以及動(dòng)植物機(jī)體細(xì)胞中，其基本物質(zhì)統(tǒng)稱為生物高分子。 既包括常用的塑料、合成纖維、合成橡膠、涂料、粘合劑等通用高分子，也包括具有耐高溫、高強(qiáng)度、高模量等特性的特殊高分子，具有光、電、磁等物理特性的功能高分子，具有模擬生物生理特性的仿生高分子以及各種無(wú)機(jī)高

2、分子、高分子合金和高分子復(fù)合材料。 對(duì)天然高分子化合物進(jìn)行化學(xué)改性和物理改性，以改進(jìn)自然界提供的天然高分子材料的各項(xiàng)性能指標(biāo) 1.天然高分子2.合成高分子3.半合成高分子53.聚合物或高聚物聚合物或高聚物n聚合物或高聚物是高分子材料的統(tǒng)稱。n聚合物：由成千上萬(wàn)個(gè)原子以共價(jià)鍵相互連接而 成的大分子材料。n分子量一般在104106之間，是由千萬(wàn)個(gè)低分子化合物通過(guò)化學(xué)聚合反應(yīng)而形成鏈狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子化合物。n單體：通過(guò)化學(xué)聚合反應(yīng)而形成大分子化合物的 低分子化合物。n聚合物根據(jù)分子鏈的幾何形狀不同，通常分為線型、支鏈型和網(wǎng)型(體型)三大類。64.樹(shù)脂樹(shù)脂n通常未加工成型的聚合物叫作樹(shù)脂75.鏈節(jié)

3、鏈節(jié)n聚合物的分子鏈都是由相同的結(jié)構(gòu)單元重復(fù)排列而成，這種重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元叫作鏈節(jié)。 86.聚合度聚合度n大分子鏈中重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元的數(shù)目（鏈節(jié)數(shù)）叫作聚合度，用n表示97.聚合物的分子量聚合物的分子量n聚合物實(shí)質(zhì)上是化學(xué)組成相同而分子量大小不同的同系物的混合物，因此，其分子量和聚合度都是平均值。108.聚合物分子鏈的柔順性聚合物分子鏈的柔順性n線性聚合物分子的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)上的碳原子是以C-C共價(jià)鍵相連。由于C-C鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)、振動(dòng)及其它各種形式的熱運(yùn)動(dòng)，分子鏈可以彎折、纏繞、卷曲成不規(guī)則的形狀。由于C-C鍵角和鍵長(zhǎng)都是固定的，所以鏈的柔順性只能由相對(duì)于C-C鍵的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生。在拉伸時(shí)分子鏈被拉而擴(kuò)展伸長(zhǎng)

4、，當(dāng)外力消除后又卷曲收縮，顯得十分柔順，這種性能叫做聚合物分子鏈的柔順性。n鏈的柔順性影響著鏈運(yùn)動(dòng)的自由程度，從而影響其物理性能，如彈性、流動(dòng)性、粘度、耐熱性能等。具有柔性分子鏈的聚合物彈性好，而具有剛性鏈的聚合物耐高溫。 1112一、塑料的分類一、塑料的分類n按樹(shù)脂大分子的有序狀態(tài)n按熱性能分類 n按用途分類 131.按樹(shù)脂大分子的有序狀態(tài)1.無(wú)定形塑料：當(dāng)樹(shù)脂大分子的無(wú)序排列時(shí)，由于樹(shù)脂分子鏈的結(jié)構(gòu)持點(diǎn)，或因熱力學(xué)原因，或成型過(guò)程工藝條件范圍的限制，分子鏈不會(huì)產(chǎn)生有序的整齊堆砌形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)，而呈現(xiàn)無(wú)規(guī)則的隨機(jī)排列的塑料。n在純樹(shù)脂狀態(tài)，這種塑料是透明的 2.結(jié)晶型塑料：塑料從熔融狀態(tài)冷卻變

5、為制品過(guò)程中，樹(shù)脂大分子排列呈現(xiàn)出三向遠(yuǎn)程有序，樹(shù)脂的分子鏈能夠有序地緊密堆砌產(chǎn)生結(jié)晶結(jié)構(gòu)的塑料。n一般所謂的結(jié)晶型塑料，實(shí)際上都是半結(jié)晶的，無(wú)定形相與結(jié)晶相共存。成型條件對(duì)晶態(tài)結(jié)構(gòu)有明顯影響，從而對(duì)制品性能有明顯影響。結(jié)晶結(jié)構(gòu)只存在于熱塑性塑料中。1.無(wú)定形塑料：2.結(jié)晶型塑料：142.按熱性能分類按熱性能分類n熱塑性塑料是線性和支鏈型聚合物。塑料加工時(shí)，原料受熱后逐漸變軟而熔融，借助壓力的作用可制成一定形狀的制品。塑料受熱熔融，冷卻后凝固，再次加熱又可軟化熔融重新制成產(chǎn)品。這一過(guò)程可以反復(fù)進(jìn)行多次，材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)基本上不起變化，這一類塑料稱之為熱塑性塑料。 常用：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、

6、聚氯乙烯n熱固性塑料是在一定溫度下能變成粘流狀態(tài)，但是經(jīng)過(guò)一定時(shí)間加熱塑制成型后，不因再度加熱而軟化熔融。這是因?yàn)樵诔尚瓦^(guò)程中聚合物分子之間發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，形成了交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使之成為不溶不熔的固態(tài)，所以只能塑制一次，這類塑料稱為熱固性塑料。 常用：酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂熱塑性塑料熱固性塑料152.按用途分類按用途分類n 價(jià)格低、產(chǎn)量大、用途廣而受力不大的常用于制造日用品的塑料n聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、酚醛、聚苯乙烯n 機(jī)械強(qiáng)度高、剛性大的，常用于取代鋼鐵或有色金屬材料制造機(jī)械零件或工程結(jié)構(gòu)受力件的塑料。n聚砜、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚酮n 具有特殊功能的塑料n導(dǎo)電的聚乙炔、耐高溫的聚芳

7、砜等。 通用塑料：工程塑料：特種塑料：16二、塑料的命名二、塑料的命名n塑料的命名方法，至今尚未有一個(gè)統(tǒng)一規(guī)定。目前常用的命名方法是沿用聚合物的命名方法。因此掌握了聚合物的命名方法，也就掌握了塑料的命名方法。n1.化學(xué)名稱 n2.商品名稱或習(xí)慣名稱 n3.縮寫(xiě)符號(hào) 171.化學(xué)名稱化學(xué)名稱n（1 1）系統(tǒng)命名法：）系統(tǒng)命名法：根據(jù)鏈節(jié)的的命名規(guī)則命名鏈節(jié)，前面再加“聚”如聚1-甲基乙烯。n首先，確定最小的結(jié)構(gòu)重復(fù)單元，并排好次序，然后按小分子有機(jī)化合物的命名規(guī)則給結(jié)構(gòu)重復(fù)單元命名并加括弧，最后在該名稱前冠以聚字即為聚合物名稱。例如:被命名為聚1-甲基乙烯。n（2）通俗命名法）通俗命名法 單體名

8、稱 聚合物名稱 X 聚X XX 聚XX 乙烯 聚乙烯 n（3）共聚物）共聚物 單體名稱 聚合物名稱 X 、Y X-Y共聚物n 丙稀腈、苯乙烯 丙稀腈-苯乙烯共聚物181.化學(xué)名稱化學(xué)名稱n（4）樹(shù)脂n由兩種單體縮聚而成的聚合物如果結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜或不太明確，往往在單體名稱后面加 “樹(shù)脂”來(lái)命名。如苯酚和甲醛合成的聚合物稱為酚醛樹(shù)脂。n（5）還可根據(jù)聚合物分子中重復(fù)單元或端基的結(jié)構(gòu)特征來(lái)命名。例如:聚合物鏈節(jié)中含有酯鍵(一COO一)稱聚酯(二元酸和二元醇的縮聚產(chǎn)物)。若聚合物鏈節(jié)中含有酰胺鍵(一CONH一)稱為聚酰胺(二元胺和二元酸的縮聚產(chǎn)物)。類同的還有聚氨酯、聚有機(jī)硅氧烷等。具體來(lái)講，由對(duì)苯二甲

9、酸與乙二醇得到的聚合物就叫聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。環(huán)氧樹(shù)脂是由于分子末端含有環(huán)氧基 而得名的。192.商品名稱或習(xí)慣名商品名稱或習(xí)慣名n商品名稱或習(xí)慣名稱是人們對(duì)名稱很長(zhǎng)，很難記的聚合物的另一種簡(jiǎn)單叫法。n“滌綸”是“聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯”的商品名稱。n尼龍是根據(jù)重復(fù)單元中碳原子的數(shù)目來(lái)命名的，單一的數(shù)字指的是環(huán)狀內(nèi)酰胺開(kāi)環(huán)聚合而成的，如尼龍6，表示這個(gè)聚合物是由含有6個(gè)碳原子的己內(nèi)酰胺聚合得到的。兩個(gè)或兩個(gè)以上的數(shù)字分別表示構(gòu)成這個(gè)聚合物的二元胺和二元酸單體中碳原子的數(shù)目，如尼龍66，表示這個(gè)聚合物是由己二胺和己二酸聚合得到的。203.縮縮寫(xiě)寫(xiě)符符號(hào)號(hào)即英文名稱的縮寫(xiě)，書(shū)寫(xiě)縮寫(xiě)符號(hào)時(shí)應(yīng)采用印刷

10、體，大寫(xiě)，字母間不加標(biāo)點(diǎn)。213.縮寫(xiě)符號(hào)縮寫(xiě)符號(hào)223.3聚合物的合成反應(yīng)聚合物的合成反應(yīng) 聚合物合成反應(yīng)的分類n按聚合時(shí)有無(wú)低分子副產(chǎn)物生成，可將聚合反應(yīng)分為縮合聚合（縮聚）反應(yīng)和加成聚合（加聚）反應(yīng)。n按聚合反應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行分類，則可分成連鎖聚合反應(yīng)和逐步聚合反應(yīng)兩大類。23一、加聚反應(yīng)一、加聚反應(yīng)n由一種或多種單體通過(guò)加成反應(yīng)，相互結(jié)合為高分子化合物，在此反應(yīng)中，沒(méi)有產(chǎn)生其它副產(chǎn)品的反應(yīng)，叫加聚反應(yīng)。如乙烯類單體聚合形成乙烯類聚合物。n在氯乙烯自由基聚合成聚氯乙稀樹(shù)脂的反應(yīng)過(guò)程中，氯乙烯的聚合是按照以自由基為活性中心的連鎖反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行的。整個(gè)反應(yīng)歷程分為鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈中止三個(gè)階段。

11、24（1）鏈引發(fā)n鏈的引發(fā)是指以加熱、光照、輻射或加入引發(fā)劑等方法，使單體轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂苫姆磻?yīng)過(guò)程。加入引發(fā)劑的方法工藝簡(jiǎn)單又便于控制，在工業(yè)生產(chǎn)上一般采用該法。常用的引發(fā)劑有過(guò)氧化二苯甲酰（BPO）和偶氮二異丁腈（AIBN）。在反應(yīng)時(shí)，引發(fā)劑首先分解成自由基：n無(wú)論那一種引發(fā)劑分解而產(chǎn)生的自由基稱為初級(jí)自由基(以R表示)，當(dāng)R作用于烯類單體時(shí)，激發(fā)單體雙鍵上的電子云，使其分離成兩個(gè)p電子， R與其中一個(gè)P電子結(jié)合成鍵，而另一個(gè)p電子則形成新的自由基，稱為單體自由基: 25(2)鏈增長(zhǎng)n鏈引發(fā)產(chǎn)生的單體自由基不斷地和單體分子結(jié)合生成鏈自由基，如此反復(fù)過(guò)程稱為鏈增長(zhǎng)反應(yīng)。n鏈增長(zhǎng)反應(yīng)的特點(diǎn)是:鏈增

12、長(zhǎng)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，鏈增長(zhǎng)活化能較低，約2123kJ/mol，因此，溫度對(duì)鏈增長(zhǎng)速度的影響甚小，鏈增長(zhǎng)反應(yīng)速度極快。n如一個(gè)聚合度為1000的聚氯乙烯大分子鏈，只在0.0010.01s之內(nèi)即可形成。在反應(yīng)體系中不存在聚合度遞增的一系列中間產(chǎn)物，幾乎只有單體和聚合物兩部分組成，而鏈自由基濃度極小。 26(3)鏈終止n鏈自由基失去活性形成穩(wěn)定聚合物分子的反應(yīng)為鏈終止。n鏈終止的主要方式是兩個(gè)鏈自由基的結(jié)合和歧化反應(yīng)的雙基終止。此外，鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)也能形成穩(wěn)定的聚合物分子。 n雙基結(jié)合終止:兩個(gè)鏈自由基相互結(jié)合，生成一個(gè)穩(wěn)定的大分子。n雙基歧化終止，兩個(gè)鏈自由基相互作用，形成二個(gè)沒(méi)活性的大分子，一個(gè)是飽和分子，另一個(gè)是不飽和分子。27二、共聚合反應(yīng)二、共聚合反應(yīng)n在聚合反應(yīng)中若是一種單體的聚合，這種反應(yīng)稱為均聚反應(yīng)，得到的產(chǎn)物稱為均聚物。n如果存在兩種或兩種以上單體一起進(jìn)行聚合，得到含有二種或二種以上單體鏈節(jié)的共同聚合物，這種合成共同聚合物的反應(yīng)稱為共聚合反應(yīng)。n實(shí)際上，任何二元共聚物的組成中，很難找到完全單一的單體排列方式，而多數(shù)是