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第11章-特种工程塑料、耐热及高性能聚合物要点

5 不粘性及摩擦性
氟原子外壳层的屏蔽作用,使聚四氟乙烯与其他物体 间的粘结性极差,摩擦系数也很低,
6 机械性能 C—F键极性虽大,由于相互抵消,使聚四氟乙烯大
分子间的作用力减弱。因此这种材料的机械强度不大, 仅有中等的拉0伸强度,硬度较低,在应力长期作用下 易变形,故不宜用作结构材料。
综上所述,聚四氟乙烯具有很多的特性
四氟乙烯很易进行自由基聚合,可以采用本体、 溶液、悬浮及乳液四种聚合方法。因聚合放热很 大,高达170/左右。如采用本体法,散热十分困 难。溶液法也较少采用。工业生产中通常采用悬 浮1法.或悬浮乳聚液合法法(又称分散法)来合成的。
聚合时,单体以气相状态逐步压入反应釜中。故此法 又称单体压入法。聚合所得的聚四氟乙烯不溶而析出, 以颗粒状悬浮于水中。
11.1.1.3 聚四氟乙烯树脂产品种类
种类
颗粒状树脂 分散树脂 分散乳液
11.1.2 聚四氟乙烯的结构与特性
1 化学结构与耐热性
因为氟原子的电负性高达4,是所有原子中最高的。构 成的C—F键极性很大,键能可高达43l一515/。
聚四氟乙烯分子中只有C—C键(键能为360/) 及C—F 键,键能较高,受热时不易断裂和分解。故聚四氟乙 烯的热化学稳定性很高。
200℃下加热一个月,分解量小于百分之二,升温至 400℃以上才有微量失重。
其工作温度的范围为-250260℃。
2 结晶与熔化
氟原子半径较小,为0.066,不及C一C键长(0.154) 的一半,所以氟原子能紧密地排列在碳原子的周围。 可知聚四氟乙烯大分子仍似聚乙烯大分子一样,简单 而有规则;极易结晶,结晶度可达93%一97%.熔点 又高达327℃。
3 电性能
C—F键极性很大,但氟原子的范德华半径(0. 14)仅比 氢原子的(0. 12)略大。为了减少非邻近氟原子间的相互 作用,整个大分子链呈轻微的螺旋形结构,氟原子是 均匀地围绕在C—C主链的四周,各个偶极相互抵消而 成为非极性的大分子,所以它的电性能特别优越。
4 耐溶剂和化学腐蚀性
聚四氟乙烯分子量大,结晶度高,熔点也高;又C— C主链四周的一层氟原子外壳,起着屏蔽作用,阻挡了 各种试剂的侵入.所以在300℃以下时没有一种溶剂能 使它溶解和溶胀。除了金属钠(熔融状态)、氟原子及某 些氯化物以外,能耐各种强酸、强碱、油脂、有机溶 剂及强氧化性试剂(包括重铬酸钾、高锰酸钾及王水等)。 在所有工程塑料中,它的耐腐蚀性最好,故有“塑料 王”之称。
应用:
1、在化工方面:能用作防腐材料,可制造各种防腐蚀 零部件,如管子、阀门、泵及管件接头等。
2、化工设备方面:可制作反应器、蒸馏塔及防腐设备 的衬里和涂层。
3、机械方面:可用作自润滑轴承、活塞环、油封及密 封圈等。自润滑性可减少机件磨损和发热.降低动力 消耗。
4、电子电器方面:主要用于制造各种电线电缆、电 池电极、电池隔膜、印刷电路板等。
5、在医用材料面:利用其耐热、耐水、无毒的持 性,可用作各种医疗器械及人工脏器的材料。前者如 消毒过滤器、烧杯、人工心肺装置,后者如人造血管、 心脏及食道等。
6、在塑料加工及食品工业方面:利用其不粘性,广 泛用作脱模剂及无油烹调的炊具(即不粘性炊具)。
11.2其他特种工程塑料
11.2.1 聚砜
聚砜是主链上含有砜基及芳香环(苯环)这类高聚物的 统称,英文名称为(简称),其结构通式为:
生产方法:
工业生产中采用的是常压法,即成盐阶段中 利用甲苯在常压下循环带出水的方法。
双酚A、溶剂二甲基亚砜和甲苯先加入反应 釜中,氮气保护下加入溶液,升温反应,水分由 循环的甲苯带出。
nC C R2 R4
CC
n R2 R4
R1,R2,R3,R4可为H、F、CF3等,至少有一个氟原子。
这类聚合物以C—C链为主链,在链侧或支链上连接有一 个或一个以上的氟原子,甚至于全部是氟原子。它们称为 含氟聚合物( , ),可用作塑料、橡胶及纤维等,以氟塑料 的用途最为广泛。
11.1.1 聚四氟乙烯的合成
其缺点是机械强度低,刚性差及加工性能不好。
11.1.4 聚四氟乙烯的应用
特性:
1、聚四氟乙烯粉状树脂为白色、无臭、无味、无毒的 粉状物。
2、当加工成制品后成为透明或不透明的白色材料,腊 状不亲水,光滑不粘,外观如聚乙烯。它的密度高达
2. 14g/m3,是塑料中最重的一种。
3、聚四氟乙烯具有使用温度范围广(-250~260 ℃)、化 学稳定性好、介电性能优良、自润滑性及防粘性等一 系列独特的性能,所以它的应用范围极广。
O R S R' R,R'皆为含有芳香环的基团
类型:
O
1、双酚A型聚砜(, A),简称聚砜
2、聚芳砜(非双酚A型),又称聚苯砜(,或),主链中 引入了联苯结构。
3、聚醚砜,又称聚苯醚砜(1,)。
11.2.1.1 聚砜的合成原理及生产方法
合成原理:以双酚A型聚砜为例作简单介绍。
主要原料是双酚A及4,4′—二氯二苯砜,其 合成反应分成盐及缩聚两个步骤:
11.1.1.1 四氟乙烯单体的生产
四氟乙烯的合成方法有8种.但最适合工业生产
的是由二氟一氯甲烷在高温下热裂的方法,反应式
如下:
2 C H C l F 2
C F 2C F 2 + 2 H C l
这个可逆反应在600℃以上才呈现出相当的反应速度, 热裂时副产物极为复杂。
11.1.1. 2 四氟乙烯的聚合
第11章 特种工程塑料、耐热及高性能聚合物
11.1 氟 塑 料 11.2 其他特种工程塑料 11.3 有机硅聚合物 11.4 耐高温聚合物 11.5 液晶聚合物
11.1 氟 塑 料
氟塑料(F1)是各种含有氟原子塑料的总称,它们各由 相应的含氟单体均聚或共聚而成,聚合反应通式为:
R1 R3
R1 R3
这个方法中可调节气相单体压入的速度和数量来控制 聚合速率,故易于防止爆炸事故;且釜内压力较低。 设备简单,故此法是工业生产中采用的主要方法。
2.乳液聚合法
又称分散聚合,它与一般乙烯烃类单体的乳液聚合法 不同。首先,单体四氟乙烯也是以气相状态逐步压入聚 合釜中进行聚合的(与悬浮聚合法中的单体压入法相似)。 第二,必须采用含氟量很高的长链脂肪酸盐(如全氟辛酸 钠)作乳化剂。
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