聚合物共混改性原理與應(yīng)用1

1、LOGO聚合物共混改性聚合物共混改性 原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用引言引言v 1.聚合物共混物是一種物質(zhì)還是幾種物質(zhì)？聚合物共混物是一種物質(zhì)還是幾種物質(zhì)？v 2.擠出共混過程發(fā)生的是什么變化？擠出共混過程發(fā)生的是什么變化？v 3.ABS屬不屬于聚合物共混物？屬不屬于聚合物共混物？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 復(fù)合材料復(fù)合材料v 5. 熱力學(xué)相容性熱力學(xué)相容性 廣義的相容性廣義的相容性v 6. 共混共混 共聚共聚例：例：HIPSv塑料基體塑料基體v缺點(diǎn)缺點(diǎn)v增韌增韌v共混法共混法v效果效果v原因原因v要求要求v影響因素影響因素第第1 1章章 緒論緒論（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）優(yōu)化現(xiàn)有的高分子材料（即高分子材料的）優(yōu)化現(xiàn)有的高分子材料（即高分子材料的改性）改性） 聚合物共混改性的發(fā)展概況聚合物共混改性的發(fā)展概況 v 1942 研制成研制成PVCNBR共混物，共混物，NBR作為常效增塑劑使用，作為常效增塑劑使用，發(fā)表了熱塑性聚合物共混物的發(fā)表了熱塑性聚合物共混物的第一份專利第一份專利v 1942 制成苯乙烯和丁二烯的互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物制成苯乙烯和丁二烯的互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物(IPN)，商品商品名為名為“Styralloy”，首先使用首先使用“聚合物合金聚合物合金” v 1951 制成了結(jié)晶聚丙烯，此

3、后發(fā)展了制成了結(jié)晶聚丙烯，此后發(fā)展了PPPE共混物共混物v 1954 美國(guó)馬爾邦化學(xué)公司首先采用美國(guó)馬爾邦化學(xué)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樹脂，聚合物共混工藝獲得重大進(jìn)展樹脂，聚合物共混工藝獲得重大進(jìn)展v 1960 建立建立互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物(IPN)的概念，開始了一類新型的概念，開始了一類新型聚合物共混物的發(fā)展；聚合物共混物的發(fā)展； 提出銀紋核心理論使橡膠增韌塑料機(jī)提出銀紋核心理論使橡膠增韌塑料機(jī)理的研究有了重大進(jìn)展理的研究有了重大進(jìn)展v 1964 四氧化鋨四氧化鋨(OsO4)染色技術(shù)染色技術(shù)研究成功，使得可用透射電研究成功，使得可用透射電鏡直接觀察共混

4、物的形態(tài)結(jié)構(gòu)鏡直接觀察共混物的形態(tài)結(jié)構(gòu)v 1975 Dupont公司發(fā)展了公司發(fā)展了超韌性超韌性尼龍尼龍-Zytel-STv 1976 1976 發(fā)展發(fā)展PETPETPBTPBT共混物共混物( (Valox800Valox800系列系列) ) 單一組分聚合物的性能缺陷單一組分聚合物的性能缺陷v 應(yīng)力開裂現(xiàn)象嚴(yán)重，從而導(dǎo)致材料的可靠應(yīng)力開裂現(xiàn)象嚴(yán)重，從而導(dǎo)致材料的可靠性大大下降；性大大下降；v 缺口敏感性大，制品稍受損傷，強(qiáng)度急劇缺口敏感性大，制品稍受損傷，強(qiáng)度急劇下降；下降；v 熔體粘度大，加工溫度高，成形性不好；熔體粘度大，加工溫度高，成形性不好；v 某方面的性能不能滿足使用要求；某方面的性

5、能不能滿足使用要求；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 綜合均衡各聚合物組分的性能，取長(zhǎng)補(bǔ)短，綜合均衡各聚合物組分的性能，取長(zhǎng)補(bǔ)短，消除各單一聚合物組分性能上的弱點(diǎn)，獲得綜消除各單一聚合物組分性能上的弱點(diǎn)，獲得綜合性能較為理想的聚合物材料。合性能較為理想的聚合物材料。v 使用少量的某一聚合物可以作為另一聚合物使用少量的某一聚合物可以作為另一聚合物的改性劑，改性效果顯著。的改性劑，改性效果顯著。v 聚合物加工性能可以通過共混給以改善。聚合物加工性能可以通過共混給以改善。v 聚合物共混可以滿足一些特殊的要求，制備聚合物共混可以滿足一些特殊的要求

6、，制備一系列具有嶄新性能的新型聚合物材料。一系列具有嶄新性能的新型聚合物材料。v 對(duì)某些性能卓越，但價(jià)格昂貴的工程塑料，對(duì)某些性能卓越，但價(jià)格昂貴的工程塑料，可通過共混，在不影響使用要求條件下降低原可通過共混，在不影響使用要求條件下降低原材料成本。材料成本。聚合物共混改性領(lǐng)域最新動(dòng)態(tài)聚合物共混改性領(lǐng)域最新動(dòng)態(tài) 形態(tài)結(jié)構(gòu)研究方面的進(jìn)展。形態(tài)結(jié)構(gòu)研究方面的進(jìn)展。 通過對(duì)聚合物共混物形態(tài)結(jié)構(gòu)的控制，設(shè)計(jì)制造出性能更為優(yōu)通過對(duì)聚合物共混物形態(tài)結(jié)構(gòu)的控制，設(shè)計(jì)制造出性能更為優(yōu)良的或更有特色的聚合物共混物。例如分散相層片化賦予良的或更有特色的聚合物共混物。例如分散相層片化賦予 阻阻隔性、抗靜電性等隔性、抗

7、靜電性等 聚合物共混物增韌機(jī)理研究的進(jìn)展。聚合物共混物增韌機(jī)理研究的進(jìn)展。 7070年代以前，增韌機(jī)理偏重對(duì)脆性聚合物基體研究。年代以前，增韌機(jī)理偏重對(duì)脆性聚合物基體研究。 8080年代以來，對(duì)韌性聚合物基體的增韌機(jī)理研究年代以來，對(duì)韌性聚合物基體的增韌機(jī)理研究 . . 近年來，對(duì)剛性聚合物粒子增韌塑料及其機(jī)理的研究頗為活躍。近年來，對(duì)剛性聚合物粒子增韌塑料及其機(jī)理的研究頗為活躍。剛性聚合物粒子增韌的必要條件是剛性聚合物粒子增韌的必要條件是基體聚合物具有高的韌性基體聚合物具有高的韌性，剛性粒子與基體良好的界面粘接剛性粒子與基體良好的界面粘接，剛性粒子恰當(dāng)?shù)臐舛葎傂粤Ｗ忧‘?dāng)?shù)臐舛取?增容技術(shù)的進(jìn)

8、展。非反應(yīng)型增容技術(shù)的進(jìn)展。非反應(yīng)型、反應(yīng)型增容劑不斷擴(kuò)展品種和應(yīng)反應(yīng)型增容劑不斷擴(kuò)展品種和應(yīng)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)是指兩種或兩是指兩種或兩種以上均聚物或共聚物的混合物。種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組分之間主要是物理聚合物共混物中各聚合物組分之間主要是物理結(jié)合（次價(jià)力結(jié)合：范德華力、氫鍵），因此結(jié)合（次價(jià)力結(jié)合：范德華力、氫鍵），因此聚合物共混物與共聚高分

9、子是有區(qū)別的。聚合物共混物與共聚高分子是有區(qū)別的。 v聚合物共混物與共聚高分子的區(qū)別：聚合物共混物與共聚高分子的區(qū)別：聚合物共混物聚合物共混物共聚高分子共聚高分子 無規(guī)共聚物無規(guī)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物理結(jié)合少量化學(xué)鍵BAAAABBBAAAABBBAAAABBAAAAAAABBBB BBBBB2.1 2.1 聚合物共混的定義聚合物共混的定義物理共混：熔融共混物理共混：熔融共混化學(xué)共混：聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)化學(xué)共混：聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)IPN（化學(xué)改性）（化學(xué)改性）物理物理/化學(xué)共混化學(xué)共混 反應(yīng)共混（反應(yīng)擠出）反應(yīng)共混（反應(yīng)擠

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：兩種或兩種以上聚合物經(jīng)混合制成聚合物共混：兩種或兩種以上聚合物經(jīng)混合制成宏觀均勻物質(zhì)的過程。宏觀均勻物質(zhì)的過程。聚合物為基體的無機(jī)填充共混物聚合物為基體的無機(jī)填充共混物短纖維增強(qiáng)聚合物體系短纖維增強(qiáng)聚合物體系聚合物多元體系：聚合物多元體系：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、接枝共聚物復(fù)合材料（基體復(fù)合材料（基體/增強(qiáng)材料）增強(qiáng)材料） 聚合物基復(fù)合材料：纖維增強(qiáng)塑料聚合物基復(fù)合材料：纖維增強(qiáng)塑料 金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料 非金屬基復(fù)合材料非金屬基復(fù)合材料雜化材料：無

11、機(jī)納米粒子雜化材料：無機(jī)納米粒子/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：機(jī)械共混法：將諸聚合物組分在混合設(shè)備如高速混合機(jī)、機(jī)械共混法：將諸聚合物組分在混合設(shè)備如高速混合機(jī)、雙輥混煉機(jī)、擠出機(jī)中均勻混合。機(jī)械共混法又有干粉共雙輥混煉機(jī)、擠出機(jī)中均勻混合。機(jī)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。共溶劑法，又稱溶液共混法：將各聚合物組分溶解于共同共溶劑法，又稱溶液共混法：將各聚合物組分溶解于共同溶劑中，再除去溶劑即得到聚合物共混物。溶劑中，再除去溶劑即得到聚合物共混物。 乳液共混法：將不同聚合物的乳液均勻混合再共沉析而得乳液共混法：將不同聚合物的乳

12、液均勻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：這是制備聚合物共混物的化學(xué)方法。共混法：這是制備聚合物共混物的化學(xué)方法。各種互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物各種互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物( (IPN)IPN)技術(shù)技術(shù) 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：首先制備一種高聚物（高聚物組分共混：首先制備一種高聚物（高聚物組分I I），然后將其溶于另一高聚物（高聚物組分），然后將其溶于另一高聚物（高聚物組分IIII）的單）的單體中，形成均勻溶液后再依靠引發(fā)劑或熱能引發(fā)，使體中，形成均勻溶液后再依靠引發(fā)劑或熱能引發(fā)，使單體與高聚物組分單體與高聚物組分I I發(fā)生接枝共聚，同時(shí)單體

13、還會(huì)發(fā)生發(fā)生接枝共聚，同時(shí)單體還會(huì)發(fā)生均聚作用，上述反應(yīng)產(chǎn)物即高聚物共混物，它通常包均聚作用，上述反應(yīng)產(chǎn)物即高聚物共混物，它通常包含著三種主要高聚物組成，即高聚物含著三種主要高聚物組成，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為骨架接枝上高聚物為骨架接枝上高聚物IIII的接枝共聚物。接枝共的接枝共聚物。接枝共聚組分的存在促進(jìn)了兩種高聚物組分的相容聚組分的存在促進(jìn)了兩種高聚物組分的相容。共聚共聚-共混法共混法M1M1M1 M1M1M1 M1M1M1M2M2M2M2M2M2M2M2M2如如ABS 樹脂：樹脂：“堅(jiān)韌、質(zhì)硬、剛性堅(jiān)韌、質(zhì)硬、剛性”： CH2-CHCH2-CHC

14、H2-CH=CH-CH2xyzCNA A：耐化學(xué)腐蝕；：耐化學(xué)腐蝕； B B：極好的韌性；：極好的韌性； S S：剛性和良好的加工性能：剛性和良好的加工性能3.3.組分含量的表示方法組分含量的表示方法質(zhì)量份數(shù)質(zhì)量份數(shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)：質(zhì)量分?jǐn)?shù)：A/B ( X/Y )體積分?jǐn)?shù)體積分?jǐn)?shù)當(dāng)共混組分中有共聚物，且有必要標(biāo)明時(shí)當(dāng)共混組分中有共聚物，且有必要標(biāo)明時(shí)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.關(guān)于共混物形態(tài)的基本概念關(guān)于共混物形態(tài)的基本概念共混物形態(tài)共混物形態(tài)共混過程共混過程（共混工藝條件）（共混工藝條件）共混材料共混

15、材料（各種性能）（各種性能）共混物組分共混物組分（配方）（配方）v共混物形態(tài)的三種基本類型：共混物形態(tài)的三種基本類型： 均相體系均相體系 兩相體系兩相體系 “海海-島結(jié)構(gòu)島結(jié)構(gòu)” “海海-海結(jié)構(gòu)海結(jié)構(gòu)”HIPS的的“海海-島島”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)例例: :用用5 5順丁橡膠的順丁橡膠的PSPS溶液在攪拌下聚溶液在攪拌下聚合而成的高抗沖聚合而成的高抗沖聚苯乙烯苯乙烯 HIPSHIPS。顆。顆粒狀的粒狀的“島島”是橡是橡膠相，分散在連續(xù)膠相，分散在連續(xù)的聚苯乙烯塑料相的聚苯乙烯塑料相之之“海?！敝小妮^中。從較大的橡膠顆粒內(nèi)部，大的橡膠顆粒內(nèi)部，還可能觀察到包藏還可能觀察到包藏著許多聚苯乙烯。著許多聚苯乙烯

16、。v聚合物共混物的形態(tài)學(xué)要素：聚合物共混物的形態(tài)學(xué)要素： 分散相和連續(xù)相的確定分散相和連續(xù)相的確定 分散相的分散狀況分散相的分散狀況 兩相體系的形貌兩相體系的形貌 相界面相界面總體均勻性總體均勻性分散度分散度分散相顆粒的粒徑分布分散相顆粒的粒徑分布外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)聚集狀態(tài)聚集狀態(tài)取向狀態(tài)取向狀態(tài)分散相顆粒的平均粒徑和粒徑分布與性能的關(guān)系分散相顆粒的平均粒徑和粒徑分布與性能的關(guān)系共混過程的條件共混過程的條件共混物共混物“均相均相”的判定：共混物具有單一的的判定：共混物具有單一的Tg平均粒徑：最佳平均粒徑：最佳粒徑分布：較窄粒徑分布：較窄粒子形貌：適宜粒子形貌：適宜共混物的性能共混物的

17、性能5.5.關(guān)于相容性的基本概念關(guān)于相容性的基本概念相容性：熱力學(xué)相容（相容性：熱力學(xué)相容（Gm0）溶混性：?jiǎn)我坏娜芑煨裕簡(jiǎn)我坏腡g廣義的相容性廣義的相容性 完全相容體系：?jiǎn)我坏耐耆嗳蒹w系：?jiǎn)我坏腡g/均相體系均相體系/ 溶混性溶混性 部分相容體系：兩相體系部分相容體系：兩相體系 不相容體系不相容體系相容性適中的共混高聚物相容性適中的共混高聚物具有較大的實(shí)用具有較大的實(shí)用價(jià)值價(jià)值 在在外觀上是均勻外觀上是均勻的（肉眼或光學(xué)顯微鏡觀察不到的（肉眼或光學(xué)顯微鏡觀察不到兩相的存在）；兩相的存在）； 呈現(xiàn)呈現(xiàn)微觀的相分離微觀的相分離（電子顯微鏡可以觀察到兩相（電子顯微鏡可以觀察到兩相結(jié)構(gòu)的存在）；結(jié)構(gòu)的存在）； 材料此時(shí)具有兩個(gè)材料此時(shí)具有兩個(gè)TgTg，兩相均具有各自的兩相均具有各自的獨(dú)立性獨(dú)立性Uncompatibilized blendsCompatibilized blends6.6.聚合物共混物的分類聚合物共混物的分類v按共混物形態(tài)分類按共混物形態(tài)分類v按共混方法分類按共混方法分類v按改善的性能或用途分類按改善的性能或用途分類v按聚合物的性能與用途分類按聚合物的性能與用途分類v按主體聚合物分類按主體聚合物分類7.7.共混理論體系與應(yīng)用研究的