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天津科技大学包装材料学[习题答案]

来源:用户分享 时间:2025/5/15 18:44:02 本文由loading 分享 下载这篇文档手机版
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不能只以增塑效应为唯一选择,还要考虑到相容性、挥发性、抽取性、迁移性等因素。 7、 请以聚氯乙烯为例,说明热稳定剂的作用机理。

热稳定剂是以改善树脂热稳定性为目的而添加的助剂。聚氯乙烯最明显的缺点是热稳定性差,聚氯乙烯分子中存在许多结构上的缺陷,如双键、支化点、残存的引发剂端基、含氧结构等,这些缺陷经热或光的活化很容易形成自由基,热降解中形成的自由基除了参与脱氯化氢反应外,还可能引起断链或交联等其它反应。与氧接触后,发生自动氧化过程,也会造成分子断裂或交联,而且脱出的氯化氢对聚氯乙烯还有催化降解的作用。聚氯乙烯的加工温度与其分解温度很相近,当在160~200℃的温度下加工时,聚氯乙烯会发生剧烈的热降解,从分子链上脱下HCl小分子,形成分子链上不稳定的自由基,给分子链造成双键、支化点等缺陷。脱下的HCl又加速其他分子链上的氯和氢脱出,成为热分解的催化剂。如不能排除脱下的游离HCl,则聚氯乙烯制品会迅速变色且性能恶化。因此我们在加工聚氯乙烯制品时,必须添加热稳定剂,使聚氯乙烯能够承受所需的加工温度。其实,聚氯乙烯的热降解过程十分复杂。聚氯乙烯在热降解过程中,几乎不产生单体,而是产生大量氯化氢。 综合目前的研究成果,热稳定剂的稳定机理包括如下几点: ① 捕捉游离HCl小分子,抑制并消除它的自动催化作用; ② 限制双键共轭体系的形成,减少色变; ③ 置换聚氯乙烯分子中不稳定的烯丙基氯原子或叔碳位氯原子,改变了主链的分子结构,抑制脱氯化氢; ④ 捕捉自由基,阻止氧化反应。防止聚氯乙烯主链的断裂、交联等反应。热稳定机理直接与不同的热稳定剂有关。从上述机理出发使用的几类热稳定剂均有一定的热稳定效果。

8、 抗氧剂和光稳定剂主要有哪些类型?试举例说明其稳定作用机理。

答: 抗氧剂作用机理和类型: a. 链终止剂 这类抗氧剂能够与自动氧化反应中的链增长自由基反应,使链式反应中断,故又称自由基抑制剂。 b. 自由基捕获剂 此类抗氧剂能与自由基反应,形成不再引发氧化反应的稳定产物,醌类抗氧剂的作用方式就属此类。炭黑具有多芳核烃结构,又具有醌的结构,也是一种自由基捕获利。 c. 电子给予体 一些叔胺类化合物,虽无N-H基,但可给出电子。当与活性自由基如ROO·相遇时,由于电子的转移,使活性自由基成为低活性的负离子,从而中断链式氧化反应。 d. 过氧化物分解剂 主要包括亚磷酸酯类和有机硫化物类,它们能够与氢过氧化物结合成不活泼产物,抑制其自动催化作用。 e. 金属离子钝化剂 它包括各种向心配位体,如双水杨叉二胺、草酰胺,它们能够与变价金属离子络合,将其稳定在一个价态,从而消除这些金属离子对氧化反应的催化活性,这类物质也叫金属螯合物或“铜抑制剂”。

而对于光稳定剂,按照光稳定剂的作用机理,可将其分为四类: ① 光屏蔽剂 这是一类能够吸收或反射紫外光的物质,它们在聚合物和光辐射之间设置了一层遮蔽物,使光不能直接射到聚合物内部,从而有效地抑制光老化。具有这种功能的物质主要是一些无机填料和颜料,如炭黑、二氧化钛、氧化钛等。 利用光屏蔽剂把有害的紫外光与聚合物隔绝开,是一种行之有效的防护措施,构成了光稳定化的第一个层次,但是它只适用于着色制品,不适于透明制品。 ② 紫外线吸收剂 这是光稳定剂的主体,能够强烈地吸收紫外光,并将其能量转变成无害的热能形式放出,这构成了光稳定化的第二个层次。按其结构可分为水杨酸酯类、二苯甲酮类。使用时要考虑各种聚合物的敏感波长和紫外线吸收剂的有效吸收波长范围的一致性。 ③ 紫外线淬灭剂 未被遮蔽或吸收的紫外光,被高聚物吸收后,使聚合物处于不稳定的“激发态”,为了防止其进一步分解产生自由基,紫外线淬灭剂能够从受激聚合物分子上将激发能消除,使之回到低能状态。这类光稳定剂对聚烯烃的稳定效果很好,多用于薄膜和纤维,它们在溶剂中的溶解性极小,用于纤维时耐洗性优良,并兼有助染剂的功能,这类光稳定剂多与二苯甲酮类、苯并三唑类等紫外线吸收剂并用,有良好的协同效应。 ④ 自由基捕获剂 这可以说是最后一道阻止光降解作用的防线。它们可看做有空间阻碍的哌啶衍生物,它特别适用于聚烯烃,其稳定效能很好,它的主要功能就是捕获自由基。即一旦聚合物吸收了紫外线并分解产生出了导致自动氧化反应的活性自由基后,它就可以捕获这种活性自由基,阻止链式反应继续下去,并生成稳定的化合物。

9、 阻燃剂是怎样起阻燃作用的?

(1) 含卤化合物 含卤的有机或无机阻燃剂的作用机理都是捕捉活性自由基。在高温下含卤阻燃剂分解产生的卤原子,与聚合物反应生成卤化氢,卤化氢与高活性羟基自由基或氢原子反应,生成水或氢气,从而中断链式氧化过程,使燃烧减缓,以至停止。卤素的阻燃效果是溴>氯>碘,溴的效果是最好;这是因为碳溴键的离解能比碳氯键的离解能低。

(2) 磷化合物 磷化合物的阻燃效果相当大,燃烧时生成的偏磷酸可聚合成稳定的高聚态,成为塑料的保护层,隔绝氧和可燃物。磷酸能促进塑料的炭化,当磷与卤素共存时阻燃效果更大,两者反应可生成卤化磷,具有较大的蒸汽密度,覆盖于火焰表面可隔绝氧气和冲淡可燃物,同时产生的卤化氢又可捕捉活性自由基。

(3) 三氧化二锑与卤化物 三氧化二锑在卤化物的存在下显示了很大的协同效应,因其在塑料表面,反应生成挥发性的卤化锑和卤氧化锑,它们的挥发可以吸取热量,同时产生的气体可隔绝氧气和冲稀可燃物。 由于含卤阻燃材料在聚合物燃烧时,会伴随产生大量烟雾和有毒

的腐蚀性气体,并且其扩散速度远大于火焰的扩散速度,在某些时候不能不说是另一种危害,对金属的腐蚀也是很严重的,所以,有时采用无卤阻燃剂是重要的。无卤阻燃剂多是金属氧化物的水合物,它们在吸热分解脱水时能够吸取大量的热量,抑制燃烧部分及其附近的温度上升;分解出的水蒸汽反过来阻止可燃气体的释放,使材料在燃烧时产生的热量和表面温度降低,这种阻燃剂用量一般较大,在阻燃的同时,起着填充剂的作用。在使用无机阻燃剂时,为了防止其在燃烧时的滴落和材料的电学性能的降低,有时要同时填加硼化物、磷化物等能促进树脂炭化的阻燃增效剂,同时,由于一些非极性的聚合物具有憎水性,与无机阻燃剂的相容性差,填充体系界面难于良好的结合。为了改善、提高两者的亲和性,并提高其物理力学性能,经常采用硬脂酸、硬脂酸盐等表面活性剂以及硅烷偶联剂等对其进行表面处理。

第三章 塑料包装材料的性能

1、聚乙烯和聚苯乙烯哪一个在室温下有较大的蠕变倾向?

聚合物蠕变的本质是大分子链段运动,因而柔顺的大分子链易于发生蠕变。主链含有芳环的和分子链比较僵硬的高聚物抗蠕变性能较好。所以聚乙烯在室温下有较大的蠕变倾向。 2、怎样才能制得接近透明的低密度聚乙烯薄膜?

塑料的透明性大小与其制品的结晶度大小和结晶结构有关,因此,通过控制制品的不同形态结构,可以改善其透明性。 控制结晶质量 (1)晶型 (2)球晶含量 (3)晶体尺寸 (4)晶体规整性 提高折射率 主要是通过加入不影响透明性的高折射率有机物或无机物来提高其折射率。 降低双折射 可通过控制加工中的取向,即降低取向度而达到降低双折射的目的。 综上所述,塑料的透明性的提高可以通过控制制品的聚集形态或加入其它物质来达到。 3、常见的透明塑料有哪些?塑料的透明性与什么有关?

塑料的透明性 衡量一种材料的透明性好坏,有许多性能指标都需要考虑。常用的指标有:透光率、雾度、折光指数、双折射及色散等。在上述指标中,透光率和雾度二个指标主要表征材料的透光性,而折光指数、双折射及色散三个指标主要用于表征材料的透光质量。一种好的透明性材料,要求上述性能指标优异且均衡。 透明性的分类 按材料的透光率大小,可将其分为如下三类: 透明材料——波长400nm—800nm可见光的透光率在80%以上; 半透明材料——波长400nm—800nm可见光的透光率在50%—80%之间; 不透明材料——波长400nm—800nm可见光的透光率在50%以下。 按上述的分类方法,可将树脂分成如下几类。 (1)透明性树脂 主要包括:PMMA、PC、PS、PET、 (2)半透明树脂 主要包括PP和PA两种。

8、何谓聚合物老化?老化时常发生哪些物理化学变化?

塑料包装物材料在加工、贮存和使用过程中,物理化学性质和机械性能变坏的现象称为老化。老化现象表现为材料变硬、变脆、变性或表面龟裂、发粘、变色等。老化因素由内因和外因构成。材料的化学结构和物理状态是耐老化性好坏的基本因素。例如,聚丙烯的耐热、光、氧老化性能比较差,因为在聚丙烯的分子结构有大量叔碳原子,叔碳原子上的氢易被氧化。又如硅氧链结构的高分子,由于硅氧键结合的键能比碳—碳键能大,需要较大的能量硅氧键才能断裂,因此硅氧链结构的聚合物耐老化性能就较好。热固性聚合物是网状结构,有较好的耐热老化性能。

第四章 塑料软包装及成型

1、软包装材料有哪些基材?

目前软包装普遍采用的塑料单膜品种有LDPE、HDPE、BOPP、CPP、PA、PET、EVA、PVDC、PVC等十多种,其中以聚乙烯、聚丙烯的用量为最大;还有铝箔塑料镀铝薄膜等。 复合材料 复合结构的包装材料发展很快,其品种已有几百种。现在已经能够达到耐蒸煮、高温烘烤和深度低温冷冻、隔气、防潮、遮光等防护功能,同时具有足够的抗张、揉曲、撕裂、戳穿及冲击等物理、机械性能。 除上述塑料软包装形式以外,塑料材料还可制成收缩包装和拉伸包裹薄膜,以及特殊用途的包装薄膜如用于包装鲜花、瓜果,达到保鲜目的的微孔透气性塑料薄膜、防锈薄膜等。

2、 软包装复合材料的构成原理是什么?

许多种类的食品要求包装材料必须具备多功能性,如阻湿、阻气、阻香、阻光及为适应机械包装而需要有一定的强度等,同时还要求包装薄膜的定量低、成本低。单一的塑料薄膜很难满足各方面的要求。如果将具有各种不同性能的塑料薄膜复合起来,可制得性能全面的复合软包装薄膜。

3、 单层薄膜的种类和制作方法有哪些?

单膜品种有LDPE、HDPE、BOPP、CPP、PA、PET、EVA、PVDC、PVC等十多种,制作方法主要有挤出和流延。

4、 复合薄膜有哪几种成型工艺?原理是什么?

复合薄膜的加工工艺有干法复合、湿法复合、共挤复合、挤出复合等。 有的复合膜依靠粘合剂将基材粘在一起,形成一个单一结构,粘合剂本身是溶剂型的或水基的,在“湿法”复

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