聚合物共混改性原理与应用1

1、LOGO聚合物共混改性聚合物共混改性 原理与应用原理与应用引言引言v 1.聚合物共混物是一种物质还是几种物质？聚合物共混物是一种物质还是几种物质？v 2.挤出共混过程发生的是什么变化？挤出共混过程发生的是什么变化？v 3.ABS属不属于聚合物共混物？属不属于聚合物共混物？v 4. 聚合物共混物聚合物共混物 聚合物合金聚合物合金 高分子合金高分子合金 复合材料复合材料v 5. 热力学相容性热力学相容性 广义的相容性广义的相容性v 6. 共混共混 共聚共聚例：例：HIPSv塑料基体塑料基体v缺点缺点v增韧增韧v共混法共混法v效果效果v原因原因v要求要求v影响因素影响因素第第1 1章章 绪论绪论（1

2、）合成新的高分子材料（早期的主要手段）合成新的高分子材料（早期的主要手段）（2）优化现有的高分子材料（即高分子材料的）优化现有的高分子材料（即高分子材料的改性）改性） 聚合物共混改性的发展概况聚合物共混改性的发展概况 v 1942 研制成研制成PVCNBR共混物，共混物，NBR作为常效增塑剂使用，作为常效增塑剂使用，发表了热塑性聚合物共混物的发表了热塑性聚合物共混物的第一份专利第一份专利v 1942 制成苯乙烯和丁二烯的互穿网络聚合物制成苯乙烯和丁二烯的互穿网络聚合物(IPN)，商品商品名为名为“Styralloy”，首先使用首先使用“聚合物合金聚合物合金” v 1951 制成了结晶聚丙烯，此

3、后发展了制成了结晶聚丙烯，此后发展了PPPE共混物共混物v 1954 美国马尔邦化学公司首先采用美国马尔邦化学公司首先采用接枝共聚接枝共聚-共混共混法制成法制成ABS树脂，聚合物共混工艺获得重大进展树脂，聚合物共混工艺获得重大进展v 1960 建立建立互穿网络聚合物互穿网络聚合物(IPN)的概念，开始了一类新型的概念，开始了一类新型聚合物共混物的发展；聚合物共混物的发展； 提出银纹核心理论使橡胶增韧塑料机提出银纹核心理论使橡胶增韧塑料机理的研究有了重大进展理的研究有了重大进展v 1964 四氧化锇四氧化锇(OsO4)染色技术染色技术研究成功，使得可用透射电研究成功，使得可用透射电镜直接观察共混

4、物的形态结构镜直接观察共混物的形态结构v 1975 Dupont公司发展了公司发展了超韧性超韧性尼龙尼龙-Zytel-STv 1976 1976 发展发展PETPETPBTPBT共混物共混物( (Valox800Valox800系列系列) ) 单一组分聚合物的性能缺陷单一组分聚合物的性能缺陷v 应力开裂现象严重，从而导致材料的可靠应力开裂现象严重，从而导致材料的可靠性大大下降；性大大下降；v 缺口敏感性大，制品稍受损伤，强度急剧缺口敏感性大，制品稍受损伤，强度急剧下降；下降；v 熔体粘度大，加工温度高，成形性不好；熔体粘度大，加工温度高，成形性不好；v 某方面的性能不能满足使用要求；某方面的性

5、能不能满足使用要求；v 成本高。成本高。 聚合物共混改性的主要目的和效果：聚合物共混改性的主要目的和效果：v 综合均衡各聚合物组分的性能，取长补短，综合均衡各聚合物组分的性能，取长补短，消除各单一聚合物组分性能上的弱点，获得综消除各单一聚合物组分性能上的弱点，获得综合性能较为理想的聚合物材料。合性能较为理想的聚合物材料。v 使用少量的某一聚合物可以作为另一聚合物使用少量的某一聚合物可以作为另一聚合物的改性剂，改性效果显著。的改性剂，改性效果显著。v 聚合物加工性能可以通过共混给以改善。聚合物加工性能可以通过共混给以改善。v 聚合物共混可以满足一些特殊的要求，制备聚合物共混可以满足一些特殊的要求

6、，制备一系列具有崭新性能的新型聚合物材料。一系列具有崭新性能的新型聚合物材料。v 对某些性能卓越，但价格昂贵的工程塑料，对某些性能卓越，但价格昂贵的工程塑料，可通过共混，在不影响使用要求条件下降低原可通过共混，在不影响使用要求条件下降低原材料成本。材料成本。聚合物共混改性领域最新动态聚合物共混改性领域最新动态 形态结构研究方面的进展。形态结构研究方面的进展。 通过对聚合物共混物形态结构的控制，设计制造出性能更为优通过对聚合物共混物形态结构的控制，设计制造出性能更为优良的或更有特色的聚合物共混物。例如分散相层片化赋予良的或更有特色的聚合物共混物。例如分散相层片化赋予 阻阻隔性、抗静电性等隔性、抗

7、静电性等 聚合物共混物增韧机理研究的进展。聚合物共混物增韧机理研究的进展。 7070年代以前，增韧机理偏重对脆性聚合物基体研究。年代以前，增韧机理偏重对脆性聚合物基体研究。 8080年代以来，对韧性聚合物基体的增韧机理研究年代以来，对韧性聚合物基体的增韧机理研究 . . 近年来，对刚性聚合物粒子增韧塑料及其机理的研究颇为活跃。近年来，对刚性聚合物粒子增韧塑料及其机理的研究颇为活跃。刚性聚合物粒子增韧的必要条件是刚性聚合物粒子增韧的必要条件是基体聚合物具有高的韧性基体聚合物具有高的韧性，刚性粒子与基体良好的界面粘接刚性粒子与基体良好的界面粘接，刚性粒子恰当的浓度刚性粒子恰当的浓度。 增容技术的进

8、展。非反应型增容技术的进展。非反应型、反应型增容剂不断扩展品种和应反应型增容剂不断扩展品种和应用用第第2 2章章 聚合物共混聚合物共混 的基本概念的基本概念v基本概念基本概念聚合物共混物聚合物共混物( (Polymer blend)Polymer blend)是指两种或两是指两种或两种以上均聚物或共聚物的混合物。种以上均聚物或共聚物的混合物。PS/PMMA PS/PMMA PS/PS/乙烯乙烯- -醋酸乙烯醋酸乙烯聚合物共混物中各聚合物组分之间主要是物理聚合物共混物中各聚合物组分之间主要是物理结合（次价力结合：范德华力、氢键），因此结合（次价力结合：范德华力、氢键），因此聚合物共混物与共聚高分

9、子是有区别的。聚合物共混物与共聚高分子是有区别的。 v聚合物共混物与共聚高分子的区别：聚合物共混物与共聚高分子的区别：聚合物共混物聚合物共混物共聚高分子共聚高分子 无规共聚物无规共聚物 交替共聚物交替共聚物 嵌段共聚物嵌段共聚物 接枝共聚物接枝共聚物AAAAAAAAAABBBBB物理结合少量化学键BAAAABBBAAAABBBAAAABBAAAAAAABBBB BBBBB2.1 2.1 聚合物共混的定义聚合物共混的定义物理共混：熔融共混物理共混：熔融共混化学共混：聚合物互穿网络化学共混：聚合物互穿网络IPN（化学改性）（化学改性）物理物理/化学共混化学共混 反应共混（反应挤出）反应共混（反应挤

10、出） 共聚共聚-共混共混 接枝共聚接枝共聚-共混共混 嵌段共聚嵌段共聚-共混共混聚合物共混：两种或两种以上聚合物经混合制成聚合物共混：两种或两种以上聚合物经混合制成宏观均匀物质的过程。宏观均匀物质的过程。聚合物为基体的无机填充共混物聚合物为基体的无机填充共混物短纤维增强聚合物体系短纤维增强聚合物体系聚合物多元体系：聚合物多元体系：高分子合金高分子合金 聚合物共混物聚合物共混物 嵌段、接枝共聚物嵌段、接枝共聚物复合材料（基体复合材料（基体/增强材料）增强材料） 聚合物基复合材料：纤维增强塑料聚合物基复合材料：纤维增强塑料 金属基复合材料金属基复合材料 非金属基复合材料非金属基复合材料杂化材料：无

11、机纳米粒子杂化材料：无机纳米粒子/聚合物聚合物 聚合物共混物的方法主要有：聚合物共混物的方法主要有：机械共混法：将诸聚合物组分在混合设备如高速混合机、机械共混法：将诸聚合物组分在混合设备如高速混合机、双辊混炼机、挤出机中均匀混合。机械共混法又有干粉共双辊混炼机、挤出机中均匀混合。机械共混法又有干粉共混法及熔融共混法之分。混法及熔融共混法之分。共溶剂法，又称溶液共混法：将各聚合物组分溶解于共同共溶剂法，又称溶液共混法：将各聚合物组分溶解于共同溶剂中，再除去溶剂即得到聚合物共混物。溶剂中，再除去溶剂即得到聚合物共混物。 乳液共混法：将不同聚合物的乳液均匀混合再共沉析而得乳液共混法：将不同聚合物的乳

12、液均匀混合再共沉析而得聚合物共混物。聚合物共混物。共聚共聚-共混法：这是制备聚合物共混物的化学方法。共混法：这是制备聚合物共混物的化学方法。各种互穿网络聚合物各种互穿网络聚合物( (IPN)IPN)技术技术 2.共混改性的主要方法共混改性的主要方法v 接枝共聚接枝共聚- -共混：首先制备一种高聚物（高聚物组分共混：首先制备一种高聚物（高聚物组分I I），然后将其溶于另一高聚物（高聚物组分），然后将其溶于另一高聚物（高聚物组分IIII）的单）的单体中，形成均匀溶液后再依靠引发剂或热能引发，使体中，形成均匀溶液后再依靠引发剂或热能引发，使单体与高聚物组分单体与高聚物组分I I发生接枝共聚，同时单体

13、还会发生发生接枝共聚，同时单体还会发生均聚作用，上述反应产物即高聚物共混物，它通常包均聚作用，上述反应产物即高聚物共混物，它通常包含着三种主要高聚物组成，即高聚物含着三种主要高聚物组成，即高聚物I I，高聚物，高聚物IIII及以及以高聚物高聚物I I为骨架接枝上高聚物为骨架接枝上高聚物IIII的接枝共聚物。接枝共的接枝共聚物。接枝共聚组分的存在促进了两种高聚物组分的相容聚组分的存在促进了两种高聚物组分的相容。共聚共聚-共混法共混法M1M1M1 M1M1M1 M1M1M1M2M2M2M2M2M2M2M2M2如如ABS 树脂：树脂：“坚韧、质硬、刚性坚韧、质硬、刚性”： CH2-CHCH2-CHC

14、H2-CH=CH-CH2xyzCNA A：耐化学腐蚀；：耐化学腐蚀； B B：极好的韧性；：极好的韧性； S S：刚性和良好的加工性能：刚性和良好的加工性能3.3.组分含量的表示方法组分含量的表示方法质量份数质量份数质量分数：质量分数：A/B ( X/Y )体积分数体积分数当共混组分中有共聚物，且有必要标明时当共混组分中有共聚物，且有必要标明时A/B =m:n ( X/Y )例如：聚氯乙烯例如：聚氯乙烯/苯乙烯苯乙烯-丙烯腈丙烯腈=75:25 ( 95/5 )4.4.关于共混物形态的基本概念关于共混物形态的基本概念共混物形态共混物形态共混过程共混过程（共混工艺条件）（共混工艺条件）共混材料共混

15、材料（各种性能）（各种性能）共混物组分共混物组分（配方）（配方）v共混物形态的三种基本类型：共混物形态的三种基本类型： 均相体系均相体系 两相体系两相体系 “海海-岛结构岛结构” “海海-海结构海结构”HIPS的的“海海-岛岛”结构结构例例: :用用5 5顺丁橡胶的顺丁橡胶的PSPS溶液在搅拌下聚溶液在搅拌下聚合而成的高抗冲聚合而成的高抗冲聚苯乙烯苯乙烯 HIPSHIPS。颗。颗粒状的粒状的“岛岛”是橡是橡胶相，分散在连续胶相，分散在连续的聚苯乙烯塑料相的聚苯乙烯塑料相之之“海海”中。从较中。从较大的橡胶颗粒内部，大的橡胶颗粒内部，还可能观察到包藏还可能观察到包藏着许多聚苯乙烯。着许多聚苯乙烯

16、。v聚合物共混物的形态学要素：聚合物共混物的形态学要素： 分散相和连续相的确定分散相和连续相的确定 分散相的分散状况分散相的分散状况 两相体系的形貌两相体系的形貌 相界面相界面总体均匀性总体均匀性分散度分散度分散相颗粒的粒径分布分散相颗粒的粒径分布外形、内部结构外形、内部结构聚集状态聚集状态取向状态取向状态分散相颗粒的平均粒径和粒径分布与性能的关系分散相颗粒的平均粒径和粒径分布与性能的关系共混过程的条件共混过程的条件共混物共混物“均相均相”的判定：共混物具有单一的的判定：共混物具有单一的Tg平均粒径：最佳平均粒径：最佳粒径分布：较窄粒径分布：较窄粒子形貌：适宜粒子形貌：适宜共混物的性能共混物的

17、性能5.5.关于相容性的基本概念关于相容性的基本概念相容性：热力学相容（相容性：热力学相容（Gm0）溶混性：单一的溶混性：单一的Tg广义的相容性广义的相容性 完全相容体系：单一的完全相容体系：单一的Tg/均相体系均相体系/ 溶混性溶混性 部分相容体系：两相体系部分相容体系：两相体系 不相容体系不相容体系相容性适中的共混高聚物相容性适中的共混高聚物具有较大的实用具有较大的实用价值价值 在在外观上是均匀外观上是均匀的（肉眼或光学显微镜观察不到的（肉眼或光学显微镜观察不到两相的存在）；两相的存在）； 呈现呈现微观的相分离微观的相分离（电子显微镜可以观察到两相（电子显微镜可以观察到两相结构的存在）；结构的存在）； 材料此时具有两个材料此时具有两个TgTg，两相均具有各自的两相均具有各自的独立性独立性Uncompatibilized blendsCompatibilized blends6.6.聚合物共混物的分类聚合物共混物的分类v按共混物形态分类按共混物形态分类v按共混方法分类按共混方法分类v按改善的性能或用途分类按改善的性能或用途分类v按聚合物的性能与用途分类按聚合物的性能与用途分类v按主体聚合物分类按主体聚合物分类7.7.共混理论体系与应用研究的