塑料的主要成分是合成樹脂。樹脂這一名詞最初是由動植物分泌出的脂質而得名,如松香、蟲膠等,目前樹脂是指尚未和各種添加劑混合的高聚物。樹脂約占塑料總重量的40%~100%。塑料的基本性能主要決定於樹脂的本性,但添加劑也起著重要作用。有些塑料基本上是由合成樹脂所組成,不含或少含添加劑,如有機玻璃、聚苯乙烯等。所謂塑料,其實它是合成樹脂中的一種,形狀跟天然樹脂中的松樹脂相似,但因又經過化學的力量來合成,而被稱之為塑料。
根據美國材料試驗協會所下的定義,塑料乃是一種以高分子量有機物質為主要成分的材料,它在加工完成時呈現固態形狀,在製造以及加[1]工過程中,可以借流動(flow)來造型。
因此,經由此說明我們可以得到以下幾項瞭解:
●它是高分子有機化合物
●它可以多種型態存在例如液體固體膠體溶液等
●它可以成形(moldable)
●種類繁多因為不同的單體組成所以造成不同之塑料
●用途廣泛產品呈現多樣化
●具有不同的性質
●可以用不同的加工方法(processing method )
塑料和樹脂這兩個名詞也常混用。圖1.1為塑料產生之過程。
圖1.1塑料產生過程
塑料可區分為熱固性與熱可塑性二類,前者無法重新塑造使用,後者可一再重復生產。塑料高分子的結構基本有兩種類型:第一種是線型結構,具有這種結構的高分子化合物稱為線型高分子化合物;第二種是體型結構,具有這種結構的高分子化合稱為體型高分子化合物。有些高分子帶有支鏈,稱為支鏈高分子,屬於線型結構。有些高分子雖然分子間有交聯,但交聯較少,稱為網狀結構,屬於體型結構。
高分子的分子結構分類:
顆粒
(a)線型結構
(b)線型結構(帶有支鏈)
(c)網狀結構(分子鏈間少量交聯)
(d)體型結構(分子鏈間大量交聯)
兩種不同的結構,表現出兩種相反的性能。線型結構(包括支鏈結構)高聚物由於有獨立的分子存在,故有彈性、可塑性,在溶劑中能溶解,加熱能熔融,硬度和脆性較小的特點。體型結構高聚物由於沒有獨立的大分子存在,故沒有彈性和可塑性,不能溶解和熔融,隻能溶脹,硬度和脆性較大。塑料則兩種結構的高分子都有,由線型高分子製成的是熱塑性塑料,由體型高分子製成的是熱固性塑料。
塑料與其它材料比較有如下的特性:
〈1〉耐化學侵蝕
〈2〉具光澤,部份透明或半透明
〈3〉大部分為良好絕緣體
〈4〉重量輕且堅固
〈5〉加工容易可大量生產,價格便宜
〈6〉用途廣泛、效用多、容易著色、部分耐高溫
塑料也區分為泛用性塑料及工程塑料,主要是用途的廣泛性來界定,如PE、PP價格便宜,可用在多種不同型態的機器上生產。工程塑料則價格較昂貴,但原料穩性及物理物性均好很多,一般而言,其同時具有剛性與韌性兩種特性。表1.1為塑料原料對照表,1至8項為泛用性塑料,第9、10項介於二者之間。一般稱PP、HDPE、LDPE、PVC及PS為五大泛用塑料。
塑料的特性
塑料主要有以下特性:
①大多數塑料質輕,化學性穩定,不會銹蝕;②耐沖擊性好;③具有較好的透明性和耐磨耗性;④絕緣性好,導熱性低;⑤一般成型性、著色性好,加工成本低;⑥大部分塑料耐熱性差,熱膨脹率大,易燃燒;⑦尺寸穩定性差,容易變形;⑧多數塑料耐低溫性差,低溫下變脆;⑨容易老化;⑩某些塑料易溶於溶劑。
塑料可區分為熱固性與熱可塑性二類,前者無法重新塑造使用,後者可一再重復生產。
塑料高分子的結構基本有兩種類型:第一種是線型結構,具有這種結構的高分子化合物稱為線型高分子化合物;第二種是體型結構,具有這種結構的高分子化合稱為體型高分子化合物。有些高分子帶有支鏈,稱為支鏈高分子,屬於線型結構。有些高分子雖然分子間有交聯,但交聯較少,稱為網狀結構,屬於體型結構。
兩種不同的結構,表現出兩種相反的性能。線型結構(包括支鏈結構)高聚物由於有獨立的分子存在,故有彈性、可塑性,在溶劑中能溶解,加熱能熔融,硬度和脆性較小的特點。體型結構高聚物由於沒有獨立的大分子存在,所以沒有彈性和可塑性,不能溶解和熔融,隻能溶脹,硬度和脆性較大。塑料則兩種結構的高分子都有,由線型高分子製成的是熱塑性塑料,由體型高分子製成的是熱固性塑料。
【塑料與其它材料比較有如下的特性】
〈1〉耐化學侵蝕塑料建材
〈2〉具光澤,部份透明或半透明
〈3〉大部分為良好絕緣體
〈4〉重量輕且堅固
〈5〉加工容易可大量生產,價格便宜
〈6〉用途廣泛、效用多、容易著色、部分耐高溫
塑料也區分為泛用性塑料及工程塑料,主要是用途的廣泛性來界定,如PE、PP價格便宜,可用在多種不同型態的機器上生產。工程塑料則價格較昂貴,但原料穩性及物理物性均好很多,一般而言,其同時具有剛性與韌性兩種特性。
塑料的優點
1、大部分塑料的抗腐蝕能力強,不與酸、堿反應。
2、塑料製造成本低。
3、耐用、防水、質輕。
4、容易被塑製成不同形狀。
5、是良好的絕緣體。
6、塑料可以用於製備燃料油和燃料氣,這樣可以降低原油消耗。
塑料的缺點
1、回收利用廢棄塑料時,分類十分困難,而且經濟上不合算。
2、塑料容易燃燒,燃燒時產生有毒氣體。例如聚苯乙烯燃燒時產生甲苯,這種物質少量會導致失明,吸入有嘔吐等癥狀,PVC燃燒也會產生氯化氫有毒氣體,除瞭燃燒,就是高溫環境,會導致塑料分解出有毒成分,例如苯環等。
3、塑料是由石油煉製的產品製成的,石油資源是有限的。
4、塑料無法被自然分解。
由於塑料的無法自然降解性,目前已經導致許多動物的悲劇。比如動物園的猴子,鵜鶘,海豚等動物,都會誤吞遊客隨手丟的1號塑料瓶,最後由於不消化而痛苦的死去;望去美麗純凈的海麵上,走近瞭看,其實飄滿瞭各種各樣的無法為海洋所容納的塑料垃圾,在多隻死去海鳥樣本的腸子裡,發現瞭各種各樣的無法被消化的塑料。
塑料的成分
我們通常所用的塑料並不是一種純物質,它是由許多材料配製而成的。其中高分子聚合物(或稱合成樹脂)是塑料的主要成分,此外,為瞭改進塑料的性能,還要在聚合物中添加各種輔助材料,如填料、增塑劑、潤滑劑、穩定劑、著色劑等,才能成為性能良好的塑料。
1、合成樹脂
合成樹脂是塑料的最主要成分,其在塑料中的含量一般在40%~100%。由於含量大,而且樹脂的性質常常決定瞭塑料的性質,所以人們常把樹脂看成是塑料的同義詞。例如把聚氯乙烯樹脂與聚氯乙烯塑料、酚醛樹脂與酚醛塑料混為一談。其實樹脂與塑料是兩個不同的概念。樹脂是一種未加工的原始聚合物,它不僅用於製造塑料,而且還是塗料、膠粘劑以及合成纖維的原料。而塑料除瞭極少一部分含100%的樹脂外,絕大多數的塑料,除瞭主要組分樹脂外,還需要加入其他物質。
2、填料
填料又叫填充劑,它可以提高塑料的強度和耐熱性能,並降低成本。例如酚醛樹脂中加入木粉後可大大降低成本,使酚醛塑料成為最廉價的塑料之一,同時還能顯著提高機械強度。填料可分為有機填料和無機填料兩類,前者如木粉、碎佈、紙張和各種織物纖維等,後者如玻璃纖維、矽藻土、石棉、炭黑等。
3、增塑劑
增塑劑可增加塑料的可塑性和柔軟性,降低脆性,使塑料易於加工成型。增塑劑一般是能與樹脂混溶,無毒、無臭,對光、熱穩定的高沸點有機化合物,最常用的是鄰苯二甲酸酯類。例如生產聚氯乙烯塑料時,若加入較多的增塑劑便可得到軟質聚氯乙烯塑料,若不加或少加增塑劑(用量<10%),則得硬質聚氯乙烯塑料。
4、穩定劑
為瞭防止合成樹脂在加工和使用過程中受光和熱的作用分解和破壞,延長使用壽命,要在塑料中加入穩定劑。常用的有硬脂酸鹽、環氧樹脂等。
5、著色劑
著色劑可使塑料具有各種鮮艷、美觀的顏色。常用有機染料和無機顏料作為著色劑。
特種塑料
6、潤滑劑
潤滑劑的作用是防止塑料在成型時不粘在金屬模具上,同時可使塑料的表麵光滑美觀。常用的潤滑劑有硬脂酸及其鈣鎂鹽等。
7.抗氧劑
防止塑料在加熱成型或在高溫使用過程中受熱氧化,而使塑料變黃,發裂等
除瞭上述助劑外,塑料中還可加入阻燃劑、發泡劑、抗靜電劑等,以滿足不同的使用要求。
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