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4200CL涂料合成樹脂的結(jié)構(gòu)

4200CL合成樹脂作為涂料成膜物質(zhì)，是涂料主要成分。涂料用合成樹脂要求：

（1）有好的溶解性、混溶性、對(duì)顏料的潤(rùn)濕性

（2）附著力好、耐光、耐熱、抗水、抗酸堿等。

4200CL涂料合成樹脂的結(jié)構(gòu)-羅門哈斯樹脂

樹脂高分子物理學(xué)是研究聚合物結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系以及高聚物中分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)的科學(xué)，主要內(nèi)容：

①結(jié)構(gòu)；

②微觀的分子結(jié)構(gòu)與宏觀的物理性質(zhì)聯(lián)系——分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律和熱轉(zhuǎn)變。

③各種性能；

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研究與學(xué)習(xí)樹脂高分子物理學(xué)目的：

(1)了解和理解聚合物分子運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)

(2)建立聚合物結(jié)構(gòu)與性能之間內(nèi)在關(guān)系：高分子結(jié)構(gòu)決定高分子性能。

合成樹脂性能與其化學(xué)結(jié)構(gòu)關(guān)系的一些重要規(guī)律；

帶有苯環(huán)的不耐光照；

含親水活性基團(tuán)越少、分子量越高、交聯(lián)度越大的耐水性越好

含極性基團(tuán)種類和數(shù)量影響涂料附著力。

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(3)從性能角度指導(dǎo)高分子的合成和材料成型加工，

涂料用合成樹脂性能與其化學(xué)結(jié)構(gòu)有密切聯(lián)系，探索和掌握兩者關(guān)系，總結(jié)各種影響因素和規(guī)律，通過設(shè)計(jì)和控制聚合物材料的結(jié)構(gòu)，使其更好地進(jìn)行高分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料設(shè)計(jì)，以更滿足實(shí)際應(yīng)用要求。

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1.1 合成樹脂中各種不同層次的結(jié)構(gòu)

聚合物樹脂結(jié)構(gòu)具有多層次性，表1-1給出了高分子結(jié)構(gòu)的各個(gè)層次及所包含的內(nèi)容。高分子結(jié)構(gòu)首先可分為高分子的鏈結(jié)構(gòu)、高分子的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)兩個(gè)組成部分。鏈結(jié)構(gòu)是指單個(gè)分子鏈的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，研究鏈結(jié)構(gòu)，還有一個(gè)是近程觀察還是遠(yuǎn)程觀察的問題，因此又分為一次結(jié)構(gòu)（近程結(jié)構(gòu)）和二次結(jié)構(gòu)（遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)）。高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)指的是高分子材料整體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由聚合物大分子鏈排列堆砌而成。包括了聚合物的晶態(tài)結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向態(tài)結(jié)構(gòu)、高分子液晶結(jié)構(gòu)和多組分聚合物的織態(tài)結(jié)構(gòu)。

涂料合成樹脂的結(jié)構(gòu)

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各個(gè)結(jié)構(gòu)層次都對(duì)聚合物性能施加影響，其中高分子鏈結(jié)構(gòu)決定了聚合物的基本性質(zhì)，而聚集態(tài)結(jié)構(gòu)則直接影響聚合物使用性能。

1.2 樹脂高分子的鏈結(jié)構(gòu)

高分子鏈結(jié)構(gòu)主要由高分子合成時(shí)單體的化學(xué)結(jié)構(gòu)、合成條件和合成方法決定的。又分為一次結(jié)構(gòu)（近程結(jié)構(gòu)）和二次結(jié)構(gòu)（遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)）。

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一、樹脂高分子的一次結(jié)構(gòu)

高分子一次結(jié)構(gòu)（又稱為近程結(jié)構(gòu)或化學(xué)結(jié)構(gòu)）高分子最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)，是反映高分子特性最主要的層次，主要涉及分子鏈的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)的問題。

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1、結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成

按主鏈原子類型及其排列情況，高分子化合物分成四類：

（1）碳鏈高分子

主鏈全部由碳原子以共價(jià)鍵相連接。乙烯基單體加聚反應(yīng)得到，如PS、PE、PVC、PMMA等。特點(diǎn)：可塑性較好，易加工，化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，不易水解，但機(jī)械強(qiáng)度一般，且C-H鍵和C-C鍵的鍵能較低，耐熱性較差。

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（2）雜鏈高分子

主鏈上除碳，還有氧、氮、硫原子。如聚酯、PA、PC、聚砜、PU等。由縮聚或開環(huán)聚合得到。特點(diǎn)：耐熱性和強(qiáng)度明顯提高，可作工程塑料。但主鏈上含官能團(tuán)，易發(fā)生水解、醇解和酸解，化學(xué)穩(wěn)定性較差。

（3）元素聚合物

主鏈不含碳，而含有硅、硼、磷、欽等元素的聚合物稱為元素聚合物，側(cè)基是有機(jī)取代基，如聚二甲基硅氧烷，兼有無(wú)機(jī)材料的熱穩(wěn)定性和有機(jī)高分子材料的粘彈性。缺點(diǎn)是強(qiáng)度較低。

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（4）無(wú)機(jī)聚合物

主鏈不含碳，也不含有機(jī)取代基，純由其他元素組成，稱為無(wú)機(jī)高分子，這類高分子耐熱性雖好，但同樣存在強(qiáng)度較低的問題。

2、分子構(gòu)造

是指分子中的原子和鍵的序列而不考慮其空間排列

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（1）鍵接結(jié)構(gòu)

高分子結(jié)構(gòu)單元的連接方式可能有多種鍵接方式，可直接影響材料的性能。在聚氯乙烯中，存在著頭-頭（或尾-尾）相連和頭-尾相連兩種可能性：其中頭--尾鍵接是主要的，但還存在少量的頭--頭鍵接或尾一尾鍵接：

涂料合成樹脂的結(jié)構(gòu)

（2）共聚物的序列結(jié)構(gòu)

鍵接序列——共聚物序列結(jié)構(gòu)

對(duì)于A、B兩種單體的二元共聚物，根據(jù)不同連接鍵接序列：

涂料合成樹脂的結(jié)構(gòu)

3、高分子構(gòu)造——線型、支化和交聯(lián)

是指高分子各種形狀樣式，一般有：線形，梳形支化，星形支化，樹枝狀和交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等。

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線型和支化高分子，大分子沒有化學(xué)鍵，加入適當(dāng)溶劑可以使其熔解，加熱則可以使其熔融，稱為熱塑性聚合物。熱塑性聚合物在受熱和受力時(shí)，分子之間可以發(fā)生相互滑移即流動(dòng)，因此它們?nèi)菀准庸こ尚汀?/span>

短支鏈對(duì)分子鏈結(jié)構(gòu)的規(guī)整性破壞較大，會(huì)降低聚合物的結(jié)晶傾向和結(jié)晶度；而長(zhǎng)支鏈則會(huì)增加聚合物的熔融粘度。

交聯(lián)聚合物受熱后不能熔融，加入溶劑后也不能溶解，但交聯(lián)度不太高時(shí)在溶劑中可以溶脹，它們屬于熱固性材料。交聯(lián)結(jié)構(gòu)的形成對(duì)聚合物的合成和加工成型都帶來了不便。因?yàn)楸仨氃诮宦?lián)網(wǎng)絡(luò)形成之前完成聚合物的合成和成型過程，否則一旦交聯(lián)就無(wú)法通過加熱的方法改變材料形狀。但是另一方面，交聯(lián)也賦予了聚合物材料許多優(yōu)良性能，例如耐熱性和尺寸穩(wěn)定性明顯提高，耐溶劑性能得到改善。

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4、高分子鏈的構(gòu)型

一步構(gòu)型是分子中由化學(xué)鍵所固定的原子或原子團(tuán)在空間上的幾何排列，改變構(gòu)型必須經(jīng)過化學(xué)鍵的斷裂和重組?？煞忠韵聝煞N：

(1)幾何異構(gòu)

分子主鏈上含有不能內(nèi)旋轉(zhuǎn)雙鍵，形成順式和反式構(gòu)型。稱為幾何異構(gòu)體。

以聚1，4-丁二烯為例，兩個(gè)亞甲基在雙鍵一側(cè)為順式構(gòu)型，雙鍵兩側(cè)為反式構(gòu)型：

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順式分子鏈距離較大，室溫下彈性橡膠；反式比較規(guī)整，易結(jié)晶，只能作為塑料。

（2）立體異構(gòu)

飽和碳?xì)浠衔锓肿又兴膫€(gè)基團(tuán)都不相同時(shí)，該碳原子稱為不對(duì)稱碳原子，以C*表示?；衔锟梢孕纬蓛煞N互為鏡象的旋光異構(gòu)體（D構(gòu)型和L構(gòu)型）。

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α-烯烴聚合物，每個(gè)結(jié)構(gòu)單元都有一個(gè)不對(duì)稱碳原子C*，三種排列方式：

①將聚合物分子鏈拉成平面鋸齒狀，每一結(jié)構(gòu)單元取代基R可以全部位于平面的一側(cè)，稱為全同立構(gòu)；

②兩種旋光異構(gòu)單元交替排列組成，稱為間同立構(gòu)；

③兩種旋光異構(gòu)單元無(wú)規(guī)排列，稱為無(wú)規(guī)立構(gòu)。

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全同立構(gòu)和間同立構(gòu)聚合物稱為有規(guī)立構(gòu)聚合物，有規(guī)立構(gòu)的程度可用聚合物中全同立構(gòu)和間同立構(gòu)的總的百分含量表示，稱為立構(gòu)規(guī)整度或等規(guī)度。

立體異構(gòu)對(duì)聚合物材料物理性能有很大的影響。

無(wú)規(guī)立構(gòu)PP是呈橡膠狀彈性體，力學(xué)性能差，基本無(wú)實(shí)用價(jià)值。

而全同立構(gòu)或間同立構(gòu)PP，易結(jié)晶，熔點(diǎn)較高，可紡絲成纖維，亦可作塑料。

二、高分子的二次結(jié)構(gòu)——構(gòu)象與柔順性

涉及單個(gè)高分子的構(gòu)象（即空間形態(tài)）和尺寸（即分子量）。又稱遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)。

1、分子鏈的大?。捶肿恿看笮『头植迹瑢⒃诘?章“高分子的溶液性質(zhì)”中介紹。

2、構(gòu)象指的是由于單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)所導(dǎo)致的聚合物分子鏈在空間的不同幾何形態(tài)。大分子鏈呈現(xiàn)出各種不同空間幾何形態(tài)，即出現(xiàn)各種不同構(gòu)象。典型的構(gòu)象狀態(tài)包括伸直鏈構(gòu)象、無(wú)規(guī)線團(tuán)構(gòu)象、折疊鏈構(gòu)象、螺旋鏈構(gòu)象。

構(gòu)象與構(gòu)型不同，構(gòu)象之間可以通過單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)相互轉(zhuǎn)變。而構(gòu)型是由化學(xué)鍵固定的，只有破壞和重組化學(xué)鍵才能夠改變構(gòu)型。

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3、影響高分子鏈的柔順性主要影響因素

高分子鏈：

柔順性——高分子鏈能夠不斷改變其構(gòu)象的性質(zhì)。

柔性鏈——柔順性好的分子鏈。

剛性鏈----柔順性差的分子鏈。

鏈柔性大小取決于單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)的的難易，其主要影響因素有：

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（1）主鏈結(jié)構(gòu)——對(duì)高分子鏈柔性起決定作用

主鏈全部單鍵組成的高分子，較好柔性。如PE、PP、POM、乙丙橡膠等。

單鍵柔性大小Si-O > C-N > C-O> C-C 脂肪族聚醚、聚酯、PU、PA、聚硅氧烷柔。

雙烯類聚合物主鏈中含有孤立雙鍵，有很好鏈柔性，導(dǎo)致聚丁二烯、聚異戊二烯。

主鏈中共軛雙鍵，具有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，則柔性減小，剛性則增大（如聚苯醚，PC，PSF）。

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（2）側(cè)基取代基

側(cè)基極性越強(qiáng)，數(shù)目越多，相互作用就越大，鏈柔性也越差。

取代基極性 -CN > -Cl > -CH3>-H，鏈柔性 PE>PP > PVC > PAN。

取代基數(shù)量越多，內(nèi)旋轉(zhuǎn)越困難，鏈柔性越差。

如，柔性聚氯丁二烯>PVC>聚1，2-二氯乙烯。PMA>PMMA。

取代基對(duì)稱性會(huì)使分子鏈間距增大，單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)更易，鏈柔性變好。如柔順聚異丁烯>PP；聚偏氯乙烯>PVC。

非極性側(cè)基體積越大，空間位阻越大，不利單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)，鏈柔性就越差，鏈剛性增加，如取代基體積 -C6H5 > -CH3 > -H，聚合物鏈柔性為 PE > PP > PS。

（3）交聯(lián)——交聯(lián)度高低

輕度交聯(lián)，鏈柔性沒有明顯改變。但重度交聯(lián)，鏈柔性大幅度下降。

故橡膠經(jīng)適度交聯(lián)可保持較好彈性，而高度交聯(lián)時(shí)失去彈性變硬變脆。

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（4）分子量

高分子柔順性隨分子量增大而增加

（5）分子間作用力——?dú)浣?/span>

分子內(nèi)或分子間形成氫鍵，分子鏈剛性增加．鏈柔性變得很差

（6）溫度

溫度升高，鏈柔性變好。如，PMMA室溫，剛性鏈 (塑料)，T>100℃，呈現(xiàn)柔軟的彈性；SBR室溫，柔性很好(橡膠)，T＜-80℃剛性鏈，又硬又脆。

（7）外力對(duì)鏈柔順性的影響

當(dāng)外力作用速度緩慢時(shí)，柔性容易顯示；外力作用速度快，柔性不能體現(xiàn)。

1.3聚合物樹脂的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)----三次結(jié)構(gòu)

聚集態(tài)結(jié)構(gòu)指的是聚合物材料內(nèi)部高分子鏈之間相互排列堆砌所形成的結(jié)構(gòu)。聚集態(tài)結(jié)構(gòu)一般在成型加工過程中形成的。盡管高分子鏈結(jié)構(gòu)對(duì)聚合物的基本性質(zhì)起著決定作用，聚合物材料的使用性能則主要取決于高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。

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一、聚合物分子間作用力

1、聚合物分子間作用力

聚合物樹脂不存在氣態(tài)是聚合物區(qū)別于小分子的重要特征之一。因?yàn)楦叻肿臃肿恿看?，分子鏈長(zhǎng)，有很大的分子間作用力，超過了組成它的化學(xué)鍵的鍵能。

聚合物分子間作用力強(qiáng)弱一般也采用“內(nèi)聚能”或者“內(nèi)聚能密度”，來表示。

內(nèi)聚能（CE）：克服分子間的作用力，將1mol液體或固體分子氣化所需要的能量：

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內(nèi)聚能密度（CED）：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)聚能

是摩爾體積。

不同種類的聚合物其內(nèi)聚能密度相差很大。

二、聚合物樹脂的非晶態(tài)

樹脂的非晶態(tài)包括完全不能結(jié)晶的聚合物本體、部分結(jié)晶聚合物的非晶區(qū)、結(jié)晶聚合物熔體經(jīng)驟冷而凍結(jié)的非晶態(tài)固體等三類。從結(jié)構(gòu)的概念上看，聚合物非晶態(tài)與小分子非晶態(tài)相同，以聚合物鏈的結(jié)構(gòu)單元為觀察的對(duì)象。許多實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，非晶態(tài)聚合物無(wú)論在固體中還是在溶液中，分子鏈確實(shí)均呈無(wú)規(guī)線團(tuán)狀存在。

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三、聚合物樹脂的晶態(tài)與結(jié)構(gòu)

1、結(jié)晶基本形態(tài)

高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)不但包含分子鏈無(wú)規(guī)排列堆砌的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，也包含分子鏈規(guī)整排列結(jié)晶結(jié)構(gòu)。后來電子顯微鏡的應(yīng)用，進(jìn)一步揭示聚合物的多種結(jié)晶形態(tài)，包括單晶、球晶、樹枝狀晶等等。高分子非晶態(tài)的有序性則要高于小分子非晶態(tài)。

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如高速擠出并經(jīng)淬火聚合物薄膜，由有串晶結(jié)構(gòu)存在，模量和透明度↑↑

2、結(jié)晶度

一般結(jié)晶聚合物中同時(shí)存在晶區(qū)和非晶區(qū)兩部分。把晶區(qū)部分所占的質(zhì)量（或體積）百分?jǐn)?shù)稱為結(jié)晶度，用fcw（或fcw）表示。

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3、聚合物樹脂的結(jié)晶能力

必要條件：分子結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性和規(guī)整性，樹脂結(jié)晶能力主要結(jié)構(gòu)因素。

分子鏈的對(duì)稱性越高，規(guī)整性越好，越容易規(guī)則排列形成高度有序的晶格。

分子則呈剛性，和分子柔性太大了，同樣不利于結(jié)晶。

四、取向態(tài)高分子結(jié)構(gòu)

1、取向現(xiàn)象——高分子鏈長(zhǎng)徑比非常大，在外力埸作用下，分子鏈、鏈段和結(jié)晶聚合物中晶粒沿外力作用方向擇優(yōu)排列，形成“取向”。

2、性能