高分子材料的生产实际应用

2014-10-28杨雨朦靳晓哲王欣桐王博翰

中国科技纵横 2014年19期

关键词：酚醛树脂聚苯乙烯聚氯乙烯

杨雨朦靳晓哲王欣桐王博翰

(大连理工大学,辽宁大连 116024)

高分子材料的生产实际应用

杨雨朦靳晓哲王欣桐王博翰

(大连理工大学,辽宁大连 116024)

高分子材料作为新时期的全新全能型材料,是现代人类发展的重要支柱,是发展高新科技的基础与先导,高分子材料的应用将会使人类支配改造自然的能力和社会生产力的发展带到一个新的水平,对人类的发展将会出现前所未有的促进。本文将从高分子材料的定义、主要种类、应用和以塑料为例介绍与人类生活息息相关的高分子材料的相关常识。

高分子材料塑料新型高分子材料

1 高分子材料的定义

高分子材料:以高分子化合物为基础的材料,高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料,包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料,由千百个原子彼此以共价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的有机化合物。

2 高分子材料按来源分类

高分子材料按来源分,可分为天然高分子材料、半合成高分子材料和合成高分子材料。

天然高分子材料包括纤维素、蛋白质、蚕丝、橡胶、淀粉等。合成高分子材料以及以高聚物为基础的,如各种塑料,合成橡胶,合成纤维、涂料与粘接剂等。

3 生活中的高分子材料

生活中的高分子材料很多,如蚕丝、棉、麻、毛、玻璃、橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。生活中的高分子材料种类繁多,主要组成成分有以下几种。

3.1 聚乙烯

乙烯(代号PE)是由乙烯聚合而成的高分子化合物,由于生产工艺中所用的压力不同,可分为高压、中压、低压聚乙烯,它们的密度和分子量不同,性能和用途也有所不同。随着石油工业的发展,乙烯来源越来越充沛,目前聚乙烯塑料已成为世界上产量最大的塑料品种。

聚乙烯是一种无色、无味的热塑性塑料,因为其不像聚氯乙烯塑料分子中含有氯元素以及一般有毒性的添加剂,所以聚乙烯塑料是无毒性的。因此,日常生活中使用的塑料茶杯、塑料碗、塑料水壶、食品包装袋等,都是用聚乙烯塑料制成。聚乙烯塑料的电绝缘性强而吸水率极低,所以可用来制造各种高频电缆、海底电缆的绝缘层和保护层。聚乙烯塑料具有耐晒、耐水的性能,聚乙烯薄膜可用于温室大棚;聚乙烯拉成丝可织渔网,既轻便牢固,又不易腐烂。

聚乙烯塑料的化学稳定性好,耐酸碱、耐腐蚀,因而在化工厂中,常用作原料贮存容器以及液体输送管道。

聚乙烯塑料的缺点是机械强度较低,耐热性差,一般只能在80℃以下使用。

3.2 聚氯乙烯

聚氯乙烯(代号PVC)是由氯乙烯单体聚合而成的合成高分子。聚氯乙烯是一种白色或淡黄色粉末状树脂,密度约1．4,含氯量在56%～58%左右。在聚氯乙烯树脂中加入不同的增塑剂和稳定剂,可制得不同的硬质聚氯乙烯和软质聚氯乙烯。

聚氯乙烯本身是一种线型高分子,因为分子之间吸引力很大,彼此结合得紧密而且牢固,使得高分子链不能自由活动,因此质地较硬。当树脂中不加或少加(10%以下)增塑剂,得到的是硬质聚氯乙烯。硬质聚氯乙烯密度高、具有耐酸、耐碱和耐腐蚀的优良性能,故常用作化工设备的管材以及建筑用板材,如地板、天花板等。

如果在聚氯乙烯塑料中加入发泡剂,就能制得泡沫塑料。它具有质轻、绝热保温、隔音等优良性能,广泛用于制鞋、建材、船舶和飞机制造等行业。

聚氯乙烯的缺点是软化点低,加热超过140℃时,会分解放出氯化氢。同时,聚氯乙烯塑料中加入的稳定剂和增塑剂也有毒性,所以不能用聚氯乙烯做的塑料袋装食品,以免中毒。

3.3 聚苯乙烯

聚苯乙烯(代号PS)是以苯乙烯为单体通过加聚反应得到的线型高分于化合物。聚苯乙烯塑料的透光性很好,透光率达到90%,仅次于普通玻璃和有机玻璃,它能耐酸碱的腐蚀,而且密度小,外形美观。用聚苯乙烯塑料制造的生活用品很多,如肥皂盒、牙刷柄、衣架、食品盒等。聚苯乙烯塑料还可用于制作儿童玩具和装饰品。

聚苯乙烯塑料的另一优点是电绝缘性能好,因而广泛用作电器中的绝缘材料,如收音机外壳、电视机上的耐高压绝缘材料等。

聚苯乙烯塑料的缺点是它的脆性比较大,容易产生裂纹,使用时应注意避免磕碰。它耐热性也较差,受热容易变形。

3.4 电木(酚醛塑料)

木的化学名称叫酚醛塑料,是塑料中第一个投入工业生产的品种。酚类和醛类化合物在酸性或碱性催化剂作用下,经缩聚反应可制得酚醛树脂。将酚醛树脂和锯木粉、滑石粉(填料)、乌洛托品(固化剂),硬脂酸(润滑剂)、颜料等充分混合,并在混炼机中加热混炼,即得电木粉。将电木粉在模具中加热压制成型后得到热固性酚醛塑料制品。

电木具有较高的机械强度、良好的绝缘性,耐热、耐腐蚀,因此常用于制造电器材料,如开关、灯头、耳机、电话机壳、仪表壳等,“电木”由此而得名。

酚醛树脂的缺点是机械性能较差,也不耐油和化学腐蚀,为了克服上述缺陷,人们对酚醛树脂进行了改性,在酚醛树脂中加入不同的填料可得到功能各异的改性酚醛塑料,如在配料中加入石棉、云母,能增加它的耐酸、耐碱、耐磨性,可用作化工设备的材料和电机、汽车的配件;加入玻璃纤维可以增加硬度,可用作机器零件等;用丁腈橡胶改性后耐油性能和抗冲击强度大大提高;用聚氯乙烯改性后则能提高机械强度和耐酸性。

酚醛塑料由于原料来源丰富,合成工艺简单,价格便宜,产品又具有优良的性能,目前仍然是世界上产量最大的热固性塑料。