合成树脂

摘要合成树脂是人工合成的一类高分子量聚合物,是由单体通过聚合反应生成的未加任何助剂或仅加有极少量助剂的基本材料,是一种未加工的原始聚合物,是制造合成塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料、离子交换树脂等产品的主要原料。 合成树脂分类 合成树脂种类繁多,依据不同,分类不同,常用的分类依...

合成树脂

合成树脂是人工合成的一类高分子量聚合物,是由单体通过聚合反应生成的未加任何助剂或仅加有极少量助剂的基本材料,是一种未加工的原始聚合物,是制造合成塑料、合成纤维合成橡胶、黏合剂、涂料、离子交换树脂等产品的主要原料。

合成树脂分类

合成树脂种类繁多,依据不同,分类不同,常用的分类依据有两种。

①依据工业产品的应用范围可分为通用树脂(通用塑料)和专用树脂(工程塑料)。

通用树脂产量大,成本低,一般用于通常消费品或耐用商品,代表性的品种有聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯聚苯乙烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)五大类合成树脂;专用树脂一般指为专门用途而生产的树脂,产量较小,生产成本较高,如可替代金属用于机械、电子、汽车等领域的聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚对苯二甲酸丁二醇酯、改性聚苯醚及聚四氟乙烯等就属于专用树脂的范畴。相应的塑料分为通用塑料和工程塑料,以专用树脂为主要成分制备的塑料称为工程塑料。

②依据工艺性能可分为热塑性树脂(塑料)和热固性树脂(塑料)。

热塑性树脂和热固性树脂差别主要来自聚合物的化学组成和分子结构。热塑性树脂分子链结构为线型或带支链型的,受热后可塑化(或称软化、熔化)和流动,并可多次反复塑化成型,在特定的温度范围内能反复加热软化和冷却硬化成型,受热时主要是通过物理变化而使几何构型发生变化,再次受热后仍具有可塑性,但性能有所降低。典型的热塑性树脂有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、ABS、有机玻璃(聚甲基丙烯酸酯PMMA)、聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)(尼龙)、聚碳酸酯(PC)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)等。热塑性树脂可以快速成型,并可重复成型。热固性树脂属于立体型结构的高分子聚合物,在分子链中含有多官能团大分子,在有固化剂存在和受热、加压作用下可软化(或熔化)并同时固化(或熟化)成为不溶、不熔的高聚物。通用的典型热固性树脂有苯酚-甲醛树脂(俗称酚醛树脂)、脲-甲醛树脂(俗称脲醛树脂)、三聚氰胺甲醛树脂(俗称密胺甲醛树脂)、环氧树脂、不饱和聚酯树脂等。相应的塑料分为热塑性塑料和热固性塑料,热塑性塑料在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料。热固性塑料是受热或在其他条件下能固化成不溶不熔性物品的塑料。

合成树脂性能

(1)质轻、比强度高

一般合成树脂的密度都在0.9~2.3g/cm3,只有钢铁的1/8~1/4、铝的1/2左右,而各种泡沫塑料的密度更低,为0.01~0.5g/cm3。按单位质量计算的强度称为比强度,由于塑料的密度小,所以其比强度比较高,有些增强塑料的比强度接近甚至超过钢材。例如合金钢材,其单位质量的拉伸强度为160 MPa,而用玻璃纤维增强的塑料可达到170~400 MPa。

(2)优异的电绝缘性能

金属导电是其原子结构中自由电子和离子作用的结果,而塑料原子内部一般都没有自由电子和离子,所以几乎所有的合成树脂都具有优异的电绝缘性能,如极小的介电损耗和优良的耐电弧特性,这些性能可与陶瓷媲美。塑料是现代电工行业和电器行业不可缺少的原材料,许多电器用的插头、插座、开关、手柄等,都是用塑料制成的。

(3)优良的化学稳定性能

生产实践和科学试验已经表明,一般合成树脂的化学稳定性都很高,它们对酸、碱和许多化学药物都具有良好的耐腐蚀能力,其中聚四氟乙烯塑料的化学稳定性最高,它的抗腐蚀能力比黄金还要好,可以承受“王水”(王酸)的腐蚀,被称为“塑料王”。由于塑料的化学稳定性高,它们在化学工业中应用很广泛,可以用来制作各种管道、密封件和换热器等。

(4)减摩、耐磨性能好

如果用合成树脂制作机械零件,并在摩擦磨损的工作条件下应用,那么大多数合成树脂具有优良的减摩、耐磨和自润滑特性。它们可以在水、油或带有腐蚀性的液体中工作,也可以在半干摩擦或者完全干摩擦的条件下工作,这是一般金属零件无法与其相比的。因此,现代工业中已有许多齿轮、轴承和密封圈等机械零件开始采用塑料制造,特别是对塑料配方进行特殊设计后,还可以使用塑料制造自润滑轴承。

(5)透光及防护性能

多数合成树脂都可以作为透明或半透明的材料,其中聚苯乙烯和聚丙烯酸酯类塑料像玻璃一样透明。有机玻璃化学名称为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),可用作航空玻璃材料。聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等塑料薄膜具有良好的透光和保暖性能,大量用作农用薄膜。塑料一般都具有多种防护性能,因此常用作防护包装用品,如塑料薄膜、箱、桶、瓶等。

(6)减震、隔音性能

优良塑料的减震和隔音性能来自聚合物大分子的柔韧性和弹性。一般来讲,塑料的柔韧性要比金属大得多,所以当其遭到频繁的机械冲击和振动时,内部将产生黏性内耗,这种内耗可以把塑料从外部吸收进来的机械能量转换成内部热能,从而也就起到吸震和减震的作用。塑料是现代工业中减震隔音性能极好的材料,不仅可以用于高速运转机械,而且还可以用作汽车中的一些结构零部件(如保险杠和内装饰板等),据报道,国外一些轿车已经开始采用碳纤维增强塑料制造板簧。

除了上述几点之外,许多塑料还都具有绝热性能,可以与金属一样进行电镀、着色和焊接,从而使得塑料制品能够具有丰富的色彩和各种各样的结构形式。另外,许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能。

合成树脂生产

树脂生产就是把许多小分子原料(单体)通过聚合反应连接起来变成高分子化合物。然后,在树脂中加入各种助剂来制备塑料,助剂的选用依据主要是塑料制品的性能。目前社会对塑料制品的要求越来越高,既要性能好又要价格低廉,既要耐高温又要易加工,既要有好的刚性又要有好的抗冲性能等。如用单一的合成树脂制造塑料,在性能上很难同时满足多样化、高品质的要求。人们通常采用“改性”的方法,在合成树脂中加入各种各样的助剂(或称添加剂),从而满足不同领域、不同方面的要求。最后一步是塑料成型,是将塑料变成具有一定形状且具有使用价值的物件或定型材料。

合成树脂标准

GB/T 9756-2018 合成树脂乳液内墙涂料

GB/T 9755-2014 合成树脂乳液外墙涂料

GB/T 29499-2013 建筑用仿幕墙合成树脂涂层

GB/T 9756-2009 合成树脂乳液内墙涂料

GB/T 11175-2002 合成树脂乳液试验方法

GB/T 9756-2001 合成树脂乳液内墙涂料

GB/T 9755-2001 合成树脂乳液外墙涂料

GB/T 13461-1992 合成树脂小腿假肢

GB 31572-2015 合成树脂工业污染物排放标准

JG/T 24-2018 合成树脂乳液砂壁状建筑涂料

JG/T 346-2011 合成树脂装饰瓦

JG/T 205-2007 合成树脂幕墙

JG/T 24-2000 合成树脂乳液砂壁状建筑涂料

合成树脂应用

合成树脂在各个领域中都有广泛的应用。以下是一些合成树脂常见的应用领域:

1. 广泛用于化学工业,用于制备涂料、粘合剂、密封胶、胶水和其他化学产品。

2. 建筑和建筑材料:用于制造建筑材料,如涂料、涂层、防水材料和玻璃纤维增强塑料。

3. 包装材料:用于制造各种包装材料,如塑料袋、瓶子、容器和包装薄膜。

4. 汽车工业:汽车制造中使用合成树脂来制造零部件,如塑料车身零件、内饰和密封件。

5. 电子和电气设备:用于制造电子和电气设备的外壳、连接器和绝缘材料。

6. 医疗器械:在医疗器械制造中用于制造外壳、管道和一次性设备。

7. 航空航天工业:在航空航天领域中,合成树脂用于制造飞机零部件、卫星组件和航天器。

8. 体育用品:用于制造各种体育用品,如滑雪板、网球拍和自行车框架。

9. 环保领域:一些可降解的合成树脂用于环保产品,如生物降解塑料袋和环保包装材料。

10. 艺术和工艺品:合成树脂在艺术和工艺品领域中用于制造雕塑、珠宝和装饰品。

这些只是一些合成树脂的常见应用领域,实际上,合成树脂在各个行业中都有重要作用,因为它们具有多种有用的特性,如可塑性、耐腐蚀性和抗磨损性。

合成树脂有毒吗

合成树脂一般是无害的,但当合成树脂置身于高温、强酸、强碱等特殊环境时,可能发生化学反应,释放出刺激性气味,例如苯和甲醛等有害物质,可能对人体造成潜在危害。

长时间接触这些物质可能导致呼吸道刺激、头痛和眼睛不适等症状,同时还可能引起皮肤过敏或其他过敏反应。在使用这些化合物时,务必注意环境和安全条件,以降低潜在风险。

合成树脂聚合方法

1、本体聚合

定义:本体聚合是单体在引发剂或热、光、辐射的作用下,不加其他介质进行的聚合过程。

特点:产品纯洁,不需复杂的分离、提纯,操作较简单,生产设备利用率高。可以直接生产管材、板材等质品,故又称块状聚合。

缺点:物料粘度随着聚和反应的进行而不断增加,混合和传热困难,反应器温度不易控制。

适用场景:聚加基丙烯酸甲酯(俗称有机玻璃)、聚苯乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚酯和聚酰胺等树酯的生产。

2、悬浮聚合

定义:悬浮聚合是指单体在机械搅拌或振荡和分散剂的作用下,单体分散成液滴,通常悬浮于水中进行的聚合过程,故又称珠状聚合。

特点:反应器内有大量水,物料粘度低,容易传热和控制;聚合后只需经过简单的分离、洗涤、干燥等工序,即得树脂产品,可直接用于成型加工;产品较纯净、均匀。

缺点:反应器生产能力和产品纯度不及本体聚合法,而且,不能采用连续法进行生产。

适用场景:悬浮聚合在工业上应用很广。

3、乳液聚合

定义:乳液聚合是指借助乳化剂的作用,在机械搅拌或振荡下,单体在水中形成乳液而进行的聚合。乳液聚合反应产物为胶乳,可直接应用,也可以把胶乳破坏,经洗涤、干燥等后处理工序,得粉状或针状聚合物。

特点:乳液聚合可以在较高的反应速度下,获得较高分子量的聚合物,物料的粘度低,易于传热和混合,生产容易控制,残留单体容易除去。

缺点:聚合过程中加入的乳化剂等影响制品性能。为得到固体聚合物,耗用经过凝聚、分离、洗涤等工艺过程。反应器的生产能力比本体聚合法低。

4、溶液聚合

定义:溶液聚合在溶剂存在下进行聚合,所选用的溶剂既要溶解单体又要能溶解聚合物。聚合过程中体系呈均匀的粘稠溶液,聚合体系始终呈均相,连续运转周期长,易于操作。

特点:均相反应较易控制,分子量及其分布也可适当控制。

缺点:溶液聚合体系粘稠,造成传热传质困难和不均一。

5、淤浆聚合

定义:淤浆聚合时采用一种溶剂或用单体本身作为分散介质,生成之聚合物不溶于分散介质中,而以颗粒状分散其中,呈淤浆状。早先有些文献曾将它归属于非均相的溶液聚合。

特点:体系黏度小,便于搅拌,散热容易,可用较高的单体浓度,提高单位设备生产率。

适用场景:此法可用于高密度聚乙烯、聚丙烯等生产。

6、气相聚合

定义:气相聚合时将气相单体与催化剂按规定量引入反应器中一步合成,得到干燥的聚合物。气相聚合的前提是催化剂选择性及收率必须足够高,得到的产品不需脱除残存催化剂,这样可大大缩短流程。随着高活性载体齐格勒催化剂的出现,在制造聚乙烯或聚丙烯方面,气相聚合迄今已占主流。此外,也可广泛用于以自由基机理进行的聚合。

合成树脂的发展史

塑料的发展是以合成树脂为基础的,第一个完全合成的塑料就是以酚醛树脂为基础得到的。1909年,美国人贝克兰在用苯酚和甲醛来合成树脂方面,取得了突破性的进展,获得第一个热固性树脂(酚醛树脂)的专利权。在酚醛树脂中,加入填料后,热压制成模压制品得到了酚醛塑料。1910年在柏林吕格斯工厂建立通用酚醛树脂公司进行生产。在1940年以前,酚醛塑料是最主要的塑料品种,约占塑料产量的2/3,主要用于电器、仪表、机械和汽车工业。

1920年以后,塑料工业获得了迅速发展,其主要原因是德国化学家施陶丁格提出高分子链是由结构相同的重复单元以共价键连接而成的理论和不溶不熔性热固性树脂的交联网状结构理论。1929年,美国化学家卡罗瑟斯提出了缩聚理论,也为高分子化学和塑料工业的发展奠定了基础。同时,由于当时化学工业总的发展十分迅速,为塑料工业提供了多种聚合单体和其他原料。当时化学工业最发达的德国迫切希望摆脱大量依赖天然产品的局面,以满足多方面的需求。这些因素有力地推动了合成树脂制备技术和加工工业的发展。

1911年,英国马修斯制成了聚苯乙烯,但存在工艺复杂、树脂老化等问题。1926年,美国西蒙把尚未找到用途的聚氯乙烯粉料在加热情况下溶于高沸点溶剂中,在冷却后,意外地得到柔软、易于加工且富有弹性的增塑聚氯乙烯。这一偶然发现打开了聚氯乙烯工业生产的大门。1928年,由英国氰氨公司生产了第一个无色的树脂(脲醛树脂)。1930年,德国法本公司在路德维希港用本体聚合法进行聚苯乙烯工业生产。在对聚苯乙烯改性的研究和生产过程中,逐渐形成以苯乙烯为基础、与其他单体共聚的苯乙烯类树脂,扩展了它的应用范围。1931年,美国罗姆-哈斯公司以本体法生产聚甲基丙烯酸甲酯,制造出有机玻璃。1931年,德国法本公司在比特费尔德用乳液法生产聚氯乙烯。1933年,英国卜内门化学工业公司在进行乙烯与苯甲醛高压下反应的试验时,发现聚合釜壁上有蜡质固体存在,从而发明了聚乙烯,1939年,该公司用高压气相本体法生产低密度聚乙烯。1939年,美国氰氨公司开始生产三聚氰胺-甲醛树脂的模塑粉、层压制品和涂料。1941年,美国又开发了悬浮法生产聚氯乙烯的技术。1953年,联邦德国科学家齐格勒用烷基铝和四氯化钛做催化剂,使乙烯在低压下制成为高密度聚乙烯,1955年,联邦德国赫斯特公司首先将其工业化。不久,意大利人纳塔发明了聚丙烯,1957年,意大利蒙特卡蒂尼公司首先开始工业生产聚丙烯。自20世纪40年代中期以来,聚酯、有机硅树脂、氟树脂、环氧树脂、聚氨酯等陆续投入工业生产。塑料的世界总产量从1904年的1万t猛增至1944年的60万t, 1956年达到340万t。

1958—1973年的15年中,塑料工业处于飞速发展时期,1970年产量为3000万t。这一时期的特点,一是由单一的大品种通过共聚或共混改性,发展成系列品种,如聚氯乙烯除生产多种牌号外,还发展了氯化聚氯乙烯、氯乙烯-醋酸乙烯共聚物、氯乙烯-偏二氯乙烯共聚物、共混或接枝共聚改性的抗冲击聚氯乙烯等;二是开发了一系列高性能的工程塑料新品种,如聚甲醛、聚碳酸酯、ABS树脂、聚苯醚、聚酰亚胺等;三是广泛采用增强、复合与共混等新技术,赋予塑料以更优异的综合性能,扩大了应用范围。

1973年后的10年间,能源危机影响了塑料工业的发展速度。70年代末,各主要塑料品种的世界年产总量分别为:聚烯烃1900万t,聚氯乙烯超过10万t,聚苯乙烯接近8万t,塑料总产量为6360万t。1982年塑料工业开始复苏,1983年起超过历史最高水平,产量达7200万t。目前世界塑料原料年产总量已突破2亿t,按体积计算远远超过金属材料。工业化生产的塑料品种有几十种,其中产量最大的有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等,这些占塑料总产量的2/3以上。塑料广泛应用于国民经济和社会生活的各个领域,与钢铁、木材、水泥并列为四大支柱材料,其中包装业是塑料最大的应用领域。据统计,世界各国塑料平均有35%用于包装、17%用于建筑、7%用于电子电气、6%用于汽车、5%用于农业、4%用于日用品。

合成树脂与塑料的区别

塑料是一种以树脂为主要成分的可流动成型材料,其制备过程中可能添加增塑剂、填充剂、润滑剂、着色剂等辅助成分。树脂则是塑料的原材料,例如聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚酯树脂等。通常情况下,塑料和树脂这两个术语可以互换使用。因此,我们可以认为塑料实质上就是树脂,而树脂则是塑料的基础原料。换句话说,未经成型的材料被称为树脂,而经过成型后则被称为塑料。

树脂是塑料的构成元素之一,而塑料则是树脂经过加工成型后的产物。这一概念有助于我们更好地认识和使用这两种材料。

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