聚合物共混復(fù)合改性原理1

byProf.Dr.QiangFu(傅強(qiáng)教授)Sept.17,2006聚合物共混復(fù)合改性原理

AnintroductiontoPolymerBlends&CompositesReferences聚合物共混復(fù)合改性原理（自編教材）聚合物共混改性(輕工業(yè)出版社，1996,吳培熙、張流城編)聚合物共混物(科學(xué)出版社，2004,殷敬華等譯)現(xiàn)代高分子物理學(xué)(中國科學(xué)院研究生教學(xué)叢書，科學(xué)出版社，2001,殷敬華莫志深主編)PolymerBlends(JohnWiley&Sons,2000,D.R.PaulandC.B.Bucknall)

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

areeverywhereMolecularweightismorethan10,000uptoseveralmillionartificialfibers(纖維),plastics(塑料),elastomers(彈性體)Indailylife,industry,agriculture,construction,airspace,electronic,terrorfighting,etc一些常見的高分子材料高分子尼龍粉末有機(jī)玻璃聚丙烯高分子人造血管聚四氟乙烯聚乙烯PVC管材塑料泡沫歷史回顧1839年：美國人goodyear天然橡膠硫化1855年：硝化纖維素和樟腦制賽璐珞塑料（英國人Parks)1883年：法國人（deGardonnet）人造絲1920年：Staudinger長鏈結(jié)構(gòu)高分子20世紀(jì)20~40年代：高分子化學(xué)、尼龍、氯丁、丁苯、橡膠、PVC、PS20世紀(jì)40~50年代：高分子物理——結(jié)晶學(xué)、橡膠彈性理論、構(gòu)象統(tǒng)計高分子加工——各種加工方法、加工成型理論20世紀(jì)60~80年代：共混改性、填充復(fù)合制備新材料20世紀(jì)90年代/21世紀(jì):形態(tài)控制與納米復(fù)合Staudinger

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

(彈性體),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防彈衣

我國近四十年乙烯和三大合成材料產(chǎn)量及生產(chǎn)能力的發(fā)展情況(萬噸/年)產(chǎn)品產(chǎn)量/萬噸2000年生產(chǎn)能力1960年1970年1980年1990年2000年乙烯0.071.5148.99157.21470.00446.32合成樹脂5.417.7789.80227.001096.701072.00合成纖維0.033.6231.41143.43639.85709.85合成橡膠0.362.54412.3031.8488.8498.9080萬噸乙烯工程投資210億四川彭州2004年我國主要石油化工產(chǎn)品市場規(guī)模及世界排位單位：萬噸產(chǎn)品名稱消費(fèi)量世界排位世界合計中國合計所占比例，％原油加工量374000.029182.77.803乙烯9600.01648.017.172五大通用合成樹脂13384.62952.722.062五大工程塑料461.9110.023.811合成橡膠1111.8248.722.371合成纖維2852.81556.354.5512004年我國主要石化產(chǎn)品供求概況單位：萬t產(chǎn)品名稱產(chǎn)量進(jìn)口量出口量表觀（當(dāng)量）消費(fèi)量產(chǎn)量/表觀消費(fèi)量，%乙烯626.606.762.231648.0038.05丙烯623.4021.330.001113.6455.98芳烴669.88269.786.76932.9071.81合成樹脂1791.002131.00108.703813.3046.96合成橡膠147.80109.508.50248.759.40合成纖維1424.54178.3546.551556.3091.53

2010年我國主要石化產(chǎn)品供需預(yù)測單位：萬t產(chǎn)品名稱項目2003年2005年2010年乙烯產(chǎn)量611.77775.001560.00當(dāng)量需求量1540.001850.002550.00自給率，%39.7241.8961.17芳烴（BTX）產(chǎn)量607.70650.00910.00當(dāng)量需求量842.05960.001450.00自給率，%72.1767.7062.75五大通用合成樹脂產(chǎn)量1500.671800.002350.00需求量2740.133400.005000.00自給率，%54.7652.9451.08合成纖維產(chǎn)量1069.201500.002400.00需求量1329.981700.002700.00自給率，%80.3988.2388.88合成橡膠產(chǎn)量127.20140.00190.00需求量218.59250.00340.00自給率，%58.1956.0055.88我國近年來五大通用工程塑料消費(fèi)量(萬噸)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共計32.539.45070.289.98113.4137.52004年我國工程塑料消費(fèi)結(jié)構(gòu):電子電器25％，汽車22％，機(jī)械20％，日用消費(fèi)品10％，其他23％。PolymerAlloysHomopolymer+copolymerPolymermaterialsHomopolymerCopolymerAlternatingcopolymerRandomcopolymerBlockcopolymerGraftcopolymerPolymerblendPhysicalblendMechanicalandmeltblendSolvent-castblendLatexblendPolymercomplexChemicalblendSolutiongraft,HIPS,ABSInterpenetratingpolymernetwork(IPN)Polymer-basedcompositeBinarysystemHomopolymer+homopolymerCopolymer+copolymerPolymerAlloys形態(tài)控制PolymerBlending&Processing制品與模具材料選擇與改性材料成型加工形態(tài)與結(jié)構(gòu)表征破壞與壽命預(yù)測制品設(shè)計共混改性復(fù)合改性化學(xué)反應(yīng)模具設(shè)計化學(xué)反應(yīng)成型工藝成型設(shè)備成型技術(shù)成型理論在線表征離線表征復(fù)雜結(jié)構(gòu)制品性能應(yīng)用評價壽命預(yù)測度身定制材料設(shè)計現(xiàn)代材料科學(xué)材料的組成、結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系的研究材料的組成、制備、結(jié)構(gòu)、加工和性能的研究強(qiáng)調(diào)制備和加工的作用高分子材料的最終結(jié)構(gòu)和性能比其他材料更強(qiáng)烈依賴于制備和加工過程不同加工柔軟薄膜模量為0.5-2GPa中空容器模量為200GPa，比強(qiáng)度為鋼7倍的高模量纖維聚乙烯建立高分子材料制備加工新技術(shù)新原理：高分子材料高性能化的重要途徑Fig-8:ThecomparisonofcrystalstructureofLLDPEobtainedviaSEMa)staticsamplesandb)dynamicsamples(shearlayer)abFig-9:AFMphotographsofthestaticsampletakenatdifferentzoneofPP/LLDPE(50/50)a)skinb)center聚合物共混物是指兩種或兩種以上均聚物或共聚物的混合物，聚合物共混物各組分之間主要是物理結(jié)合，對于反應(yīng)性共混，不同聚合物大分子之間可能存在一定的化學(xué)鍵。

高分子復(fù)合材料可分為：高分子/無機(jī)復(fù)合材料高分子/有機(jī)復(fù)合材料，聚合物納米復(fù)合材料是一類十分重要的新型材料，

納米復(fù)合材料是指材料兩相顯微結(jié)構(gòu)中至少有一相的一維尺寸達(dá)到納米級尺寸（1－100nm）的復(fù)合材料基本概念

聚合物共混物和復(fù)合材料的特點(diǎn)在于它不僅能保持原組分的性能，還可通過共混與復(fù)合產(chǎn)生具有不同于原組分的新性能。目前全世界合成樹脂的產(chǎn)量已達(dá)1.6億噸，其中一半以上是先制備成聚合物共混物和復(fù)合材料后再加工成相應(yīng)的制品。聚合物共混物和復(fù)合材料的制備涉及高分子化學(xué)、高分子物理、高分子加工、機(jī)械制造和自動控制等多種學(xué)科，體現(xiàn)了高分子材料科學(xué)技術(shù)發(fā)展的綜合水平。聚合物共混熱力學(xué)熱力學(xué)是聚合物共混改性的理論基礎(chǔ)。當(dāng)兩個聚合物A和B混合在一起時，在給定條件下，其平衡態(tài)（分相時的相和界面性質(zhì)）由熱力學(xué)確定亞穩(wěn)態(tài)是指聚合物共混在達(dá)到平衡狀態(tài)之前，因動力學(xué)的原因或局部能量低處于暫時穩(wěn)定的狀態(tài)△G=△H-T△SInpracticalcasedispersionphase(Metastablephase)IdealequilibriumtwomacroscopicphasesConcentrationofPolymerSinglePhaseSinglePhasePhaseSeparation共混