第二章 聚合物共混改性.ppt

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第二章 聚合物共混改性

第二章 聚合物共混改性 2.1 共混改性的目的、意义与方法 2.2 聚合物共混改性原理-相容性与界面 2.3 聚合物共混物的形态与结构 2.4 聚合物共混物的性能 2.5 聚合物共混改性的应用 2.1.1.1 聚合物共混改性目的与意义 聚合物共混物(Polymer Blend)是将两种或两种以上的聚合物按适当的比例,通过共混,以得到单一聚合物无法达到的性能的材料。 聚合物共混物不但使各组分性能互补,还可根据实际需要对其进行设计,以期得到性能优异的新材料。 由于不需要新单体合成、无须新聚合工艺,聚合物共混物是实现高分子材料高性能化、精细化、功能化和发展新品种的重要途径。 机械共混法 简单的机械共混技术也称为单纯共混技术,它是在共混过程中,直接将两种聚合物进行混合制得聚合物混合材料。 机械共混法依靠各种聚合物混合、捏合及混炼设备实现。在混合、捏合和混炼操作中,通常仅有物理变化。 有时,由于强烈的机械剪切作用使一部分聚合物发生降解、产生大分子自由基,继而形成少量接枝或嵌段共聚物,这种伴随有化学变化的机械共混可称为物理化学共混法(力化学法)。 熔体共混法 溶液共混法 将各原料聚合物组分加入共同溶剂中(或将原料聚合物组分分别溶解、再混合)搅拌溶解混合均匀,然后加热蒸出溶剂或加入非溶剂共沉淀获得聚合物共混物。 溶液共混法所制之聚合物共混物混和分散性差,并且消耗大量溶剂,工业上意义不大。 2.1.3共混改性发展概况与发展趋势 1975年美国杜邦(Du Pont)公司在聚酰胺中加入少量聚烯烃或橡胶而制成超高韧聚酰胺,Zytel-ST。 1976年发展了PET/PBT共混物。 1981年成功制成苯乙烯马来酸酐共聚物与ABS共混物。 1986年成功研制成PC/ABS共混物。最近二十年关于共混物的工业化的报道更是层出不穷,而且表现为高性能化与功能化。表2-1和2-2分别给出部分新型高性能和功能共混物。 2.1.3共混改性发展概况与发展趋势 形态结构的调控与研究 聚合物共混物增韧机理的研究 增容技术与增容剂的开发 新型成型技术的研究 2.2聚合物材料的共混相容性 热力学角度:指不同聚合物在分子尺度上的混溶; 相结构的大小:两种聚合物混合时没有相分离的明显迹象; 共混物的性能:聚合物的共混物具有所希望的物理性质。 2.2.1 相容性概念 由于聚合物的相对分子质量很大,共混过程的熵变很小,共混过程通常为吸热过程?Hm 0,因此?Gm≤0的条件非常困难。 当聚合物之间存在很强的相互作用或者组分自身链段之间的斥力大于组分之间链段的斥力时,才可能完全相容。真正在热力学上完全相容的聚合物对并不多,大多数聚合物之间在热力学上不相容或只有部分相容性。 相容性热力学表达式 2.2.2 聚合物-聚合物二元共混体系的相图 具有上临界混溶温度(UCST, Upper critical solution temperature),见图2-1(A)。 上临界混溶温度是指这样的温度:超过此温度,体系完全相容,为热力学稳定的均相体系;低于此温度为部分相容,在一定的组成范围内产生相分离。 如:天然橡胶-丁苯橡胶、聚异丁烯-聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯-聚异戊二烯、聚氯化乙烯-聚氧化丙烯等混合体系。 具有下临界混溶温度(LCST, Lower critical solution temperature) ,见图2-1(B)。 下临界相容温度是这样的温度:低于此温度,体系完全相容,高于此温度为部分相容。 如:聚苯乙烯-聚甲基乙烯基醚、聚己内酯-苯乙烯/丙烯腈共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯- 苯乙烯/丙烯腈共聚物、聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯等混合体系。 同时出现上临界混溶温度UCST和下临界混溶温度LCST,见图2-1(C)。如聚甲基丙烯酸甲酯-氯化聚乙烯以及聚苯乙烯-聚苯醚、苯乙烯/丙烯腈共聚物-丁腈橡胶等共混体系。 完全互溶,见图2-1(D)。 UCST和LCST相互交叠,形成封闭的两相区,见图2-1(E)。 多重UCST和LCST,见图2-1(F)。 2.2.3 聚合物共混体系的相分离过程 稳定态与亚稳定态 相分离过程的相图 2.2.4 相容性的判断方法 目测法(浊度法) 玻璃化转变法 玻璃化转变法 介电松弛法 聚合物的电性能与力学性能相类似,如介电常数e’类似于柔量,介电损耗e”类似于力学损耗。利用介电损耗e”和介质损耗角正切介电常数e’ , e”/ e’ 可确定聚合物的玻璃化转变温度Tg,因而与动态力学法相似,可用以研究聚合物之间的相容性。实验时改变频率较容易为此法一大优点,其缺点是测定非极性聚合物的玻璃化转变较困难,这时需进行氧化等改性处理,使其产生足够的极性,以便于分辨出共混物中的次级损耗转变和玻璃化转变。 其他方法 红

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