聚合物共混复合改性原理1

byProf.Dr.QiangFu(傅强教授)Sept.17,2006聚合物共混复合改性原理

AnintroductiontoPolymerBlends&CompositesReferences聚合物共混复合改性原理（自编教材）聚合物共混改性(轻工业出版社，1996,吴培熙、张流城编)聚合物共混物(科学出版社，2004,殷敬华等译)现代高分子物理学(中国科学院研究生教学丛书，科学出版社，2001,殷敬华莫志深主编)PolymerBlends(JohnWiley&Sons,2000,D.R.PaulandC.B.Bucknall)

共混改性工程塑料（化工出版社，2003，邓如生主编……WhatarepolymersPolymers

areeverywhereMolecularweightismorethan10,000uptoseveralmillionartificialfibers(纤维),plastics(塑料),elastomers(弹性体)Indailylife,industry,agriculture,construction,airspace,electronic,terrorfighting,etc一些常见的高分子材料高分子尼龙粉末有机玻璃聚丙烯高分子人造血管聚四氟乙烯聚乙烯PVC管材塑料泡沫历史回顾1839年：美国人goodyear天然橡胶硫化1855年：硝化纤维素和樟脑制赛璐珞塑料（英国人Parks)1883年：法国人（deGardonnet）人造丝1920年：Staudinger长链结构高分子20世纪20~40年代：高分子化学、尼龙、氯丁、丁苯、橡胶、PVC、PS20世纪40~50年代：高分子物理——结晶学、橡胶弹性理论、构象统计高分子加工——各种加工方法、加工成型理论20世纪60~80年代：共混改性、填充复合制备新材料20世纪90年代/21世纪:形态控制与纳米复合Staudinger

“Iaminclinedtothinkthatthedevelopmentofpolymerizationis,perhaps,thebiggestthingchemistryhasdone,whereithashadthebiggesteffectoneverydaylife.Theworldwouldbeatotallydifferentplacewithoutartificialfibers(纤维),plastics(塑料),elastomers

(弹性体),etc.Eveninthefieldofelectronics,whatwouldyoudowithoutinsulation?Andthereyoucomebacktopolymersagain.”LordTodd,presidentoftheRoyalSocietyofLondon,quotedinChem.Eng.News

1980,

58(40),29,inanswertothequestion,Whatdoyouthinkhasbeenchemistry’sbiggestcontributiontoscience,tosociety?Whyarepolymersimportant?Whyarepolymersimportant?Theproductionofpolymersistheworld’ssecondlargestindustry,andtheuseoftheseproductsbyeachindividualexceedsthatofallothermaterialsDoyouknowhowmanythingsinacararemadefromthermoplastics?PolymersRelatedtoBiomaterialsHumanRepair:Humanrepairinthefuturewillbedoneeitherwithspeciallydesignedsyntheticmaterials(rightside)orwithmaterialsthatwillmediatetheregenerationoftissues(leftside)Artificialdiscinahumanspinalcolumn:

PolymersRelatedtoInformationTechnologyColordegradationandnarrowviewinganglewithoutnegativecompensationfilmsHighcontrastratioandwideviewinganglewithnegativecompensationfilmsLCDafterusingpolymeropticalcompensationfilms:Polymerlightemittingdiodes:RedYellowBluePolymersRelatedtoTerrorFighting防弹衣

我国近四十年乙烯和三大合成材料产量及生产能力的发展情况(万吨/年)产品产量/万吨2000年生产能力1960年1970年1980年1990年2000年乙烯0.071.5148.99157.21470.00446.32合成树脂5.417.7789.80227.001096.701072.00合成纤维0.033.6231.41143.43639.85709.85合成橡胶0.362.54412.3031.8488.8498.9080万吨乙烯工程投资210亿四川彭州2004年我国主要石油化工产品市场规模及世界排位单位：万吨产品名称消费量世界排位世界合计中国合计所占比例，％原油加工量374000.029182.77.803乙烯9600.01648.017.172五大通用合成树脂13384.62952.722.062五大工程塑料461.9110.023.811合成橡胶1111.8248.722.371合成纤维2852.81556.354.5512004年我国主要石化产品供求概况单位：万t产品名称产量进口量出口量表观（当量）消费量产量/表观消费量，%乙烯626.606.762.231648.0038.05丙烯623.4021.330.001113.6455.98芳烃669.88269.786.76932.9071.81合成树脂1791.002131.00108.703813.3046.96合成橡胶147.80109.508.50248.759.40合成纤维1424.54178.3546.551556.3091.53

2010年我国主要石化产品供需预测单位：万t产品名称项目2003年2005年2010年乙烯产量611.77775.001560.00当量需求量1540.001850.002550.00自给率，%39.7241.8961.17芳烃（BTX）产量607.70650.00910.00当量需求量842.05960.001450.00自给率，%72.1767.7062.75五大通用合成树脂产量1500.671800.002350.00需求量2740.133400.005000.00自给率，%54.7652.9451.08合成纤维产量1069.201500.002400.00需求量1329.981700.002700.00自给率，%80.3988.2388.88合成橡胶产量127.20140.00190.00需求量218.59250.00340.00自给率，%58.1956.0055.88我国近年来五大通用工程塑料消费量(万吨)年份1999200020012002200320042005PA6.78.31213.816.1119.824PC13.016.421.33648.366276POM8.39.6210.81315.8418.521.5PBT/PET5.67.279.611.5mPPO0.90.93.54.5共计32.539.45070.289.98113.4137.52004年我国工程塑料消费结构:电子电器25％，汽车22％，机械20％，日用消费品10％，其他23％。PolymerAlloysHomopolymer+copolymerPolymermaterialsHomopolymerCopolymerAlternatingcopolymerRandomcopolymerBlockcopolymerGraftcopolymerPolymerblendPhysicalblendMechanicalandmeltblendSolvent-castblendLatexblendPolymercomplexChemicalblendSolutiongraft,HIPS,ABSInterpenetratingpolymernetwork(IPN)Polymer-basedcompositeBinarysystemHomopolymer+homopolymerCopolymer+copolymerPolymerAlloys形态控制PolymerBlending&Processing制品与模具材料选择与改性材料成型加工形态与结构表征破坏与寿命预测制品设计共混改性复合改性化学反应模具设计化学反应成型工艺成型设备成型技术成型理论在线表征离线表征复杂结构制品性能应用评价寿命预测度身定制材料设计现代材料科学材料的组成、结构和性能关系的研究材料的组成、制备、结构、加工和性能的研究强调制备和加工的作用高分子材料的最终结构和性能比其他材料更强烈依赖于制备和加工过程不同加工柔软薄膜模量为0.5-2GPa中空容器模量为200GPa，比强度为钢7倍的高模量纤维聚乙烯建立高分子材料制备加工新技术新原理：高分子材料高性能化的重要途径Fig-8:ThecomparisonofcrystalstructureofLLDPEobtainedviaSEMa)staticsamplesandb)dynamicsamples(shearlayer)abFig-9:AFMphotographsofthestaticsampletakenatdifferentzoneofPP/LLDPE(50/50)a)skinb)center聚合物共混物是指两种或两种以上均聚物或共聚物的混合物，聚合物共混物各组分之间主要是物理结合，对于反应性共混，不同聚合物大分子之间可能存在一定的化学键。

高分子复合材料可分为：高分子/无机复合材料高分子/有机复合材料，聚合物纳米复合材料是一类十分重要的新型材料，

纳米复合材料是指材料两相显微结构中至少有一相的一维尺寸达到纳米级尺寸（1－100nm）的复合材料基本概念

聚合物共混物和复合材料的特点在于它不仅能保持原组分的性能，还可通过共混与复合产生具有不同于原组分的新性能。目前全世界合成树脂的产量已达1.6亿吨，其中一半以上是先制备成聚合物共混物和复合材料后再加工成相应的制品。聚合物共混物和复合材料的制备涉及高分子化学、高分子物理、高分子加工、机械制造和自动控制等多种学科，体现了高分子材料科学技术发展的综合水平。聚合物共混热力学热力学是聚合物共混改性的理论基础。当两个聚合物A和B混合在一起时，在给定条件下，其平衡态（分相时的相和界面性质）由热力学确定亚稳态是指聚合物共混在达到平衡状态之前，因动力学的原因或局部能量低处于暂时稳定的状态△G=△H-T△SInpracticalcasedispersionphase(Metastablephase)IdealequilibriumtwomacroscopicphasesConcentrationofPolymerSinglePhaseSinglePhasePhaseSeparation共混