聚合物改性教案1-2PPT推荐.ppt

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塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂,生物高分子材料,生物结构高分子：

脏器等生物功能高分子：

DNA等,1.2聚合物改性的内容,通过物理和机械的方法在聚合物中加入无机或有机物质，或将不同种类聚合物共混，或用化学方法实现聚合物的共聚、接枝、交联，或将上述方法联用、并用，以达到使材料的成本下降、成型加工性能或最终使用性能得到改善，或在电、磁、光、热、声、燃烧等方面被赋予独特功能等效果，统称之为聚合物改性。

塑料的应用广泛，总体数量大，在五大合成聚合物材料中，塑料改性技术研究最多，进展也最迅速。

内容包括塑料改性和应用的知识、理论、技能等方面塑料改性的原理、方法、技术及改性的结果也适合于合成橡胶与合成纤维。

塑料改性涉及的方面：

1使用的原材料；

2加工设备；

3改性技术与效果；

4具体应用,物理改性：

原则上是指在整个改性过程中不发生化学反应，仅仅依靠不同组分间本身的物理特性、力-形变特性、形态的变化等实现其性能的改善或获得新的性能。

常用方法有共混改性、填充改性。

化学改性：

原则上是指聚合物主链上发生化学反应，从而使聚合物具有更好的性能或全新的功能。

常用方法有嵌段共聚、接枝共聚、交联或降解等。

塑料改性的分类,按是否发生化学反应,共混改性：

两种或两种以上性质不同的聚合物按适当比例经混合制成宏观均匀材料的改性技术。

填充改性：

向聚合物中加入适量的填充材料，以使制品的某些性能得到改善，或降低原材料成本的改性技术。

聚合物共混改性、填充改性已成为高分子材料科学与工程中最活跃的领域之一，不仅是聚合物改性的重要手段，更是开发具有崭新性能新型材料的重要途径。

按整体或局部改性,塑料的整体改性：

整个塑料制品的内部及表层都发生的一类改性；

特点是性能变化均一。

塑料的表面改性：

只发生在塑料制品的表层而并未深入到内部的一类改性；

特点是性能变化不均一。

常见的有：

表面光泽、硬度、防静电、粘合性、印刷性等。

1.3聚合物改性在聚合物工业中的地位,聚合物改性在聚合物工业中占有的地位日益突出和重要！

（1）它是获得新型聚合物材料的重要途径。

（2）它是在保证使用性能要求的前提下降低制品成本最有效的途径。

（3）它是提高产品技术含量、增加其附加值的最适宜的途径。

（4）它是调整聚合物行业产品结构、增加企业经济效益最常采用的途径。

1、结构设计2、工艺设计3、原材料设计4、表征方法设计,1.4聚合物改性的四个设计,研制开发新型改性聚合物需要从四个方面进行设计,1.5聚合物改性发展简况,重要事项及意义,184619421942194619511954196019641965196919751984,聚合物共混物的第一份专利：

天然橡胶与古塔波胶共混研制成PVC/NBR共混物，发表了热塑性聚合物的第一份专利研制成苯乙烯和丁二烯的互穿网络聚合物，首先使用了聚合物合金这一名称发展了A型-ABS树脂制成了结晶聚丙烯，此后发展了PP/PE共聚物美国马尔邦化学公司首先采用接枝共聚-共混法制成ABS树脂建立了IPN的概念，开始了一类新型聚合物共混物的发展OsO4染色技术研究成功，使得可用TEM直接观察共混物的形态结构研制成SBS树脂，发表了SBS的第一篇专利制成PP/EPDM共混物Dupont公司发展了超韧尼龙发展了聚氨酯/聚碳酸酯共混物，广泛用于汽车工业,年代,形态结构研究方面的进展聚合物共混物增韧机理研究的进展增容技术的进展,最新发展,第二章聚合物共混改性,2.1基本概念,2.2聚合物共混物形态学2.3聚合物共混物的性能2.4典型聚合物共混体系,2.1基本概念,一、聚合物共混物与高分子合金的概念,聚合物共混物：

两种或两种以上聚合物的混合物；

聚合物各组分之间主要是物理结合。

高分子合金：

具有良好相容性的多组分聚合物体系，其形态结构呈均相或微观非均相（完全相容或部分相容），包括嵌段、接枝共聚物及IPN等。

高分子合金通常应具有较好的力学性能。

区别：

热力学相容性和最终使用性能,二、聚合物共混物的分类,互穿聚合物网络（InterpenetratingPolymerNetworks）,按聚合物原来的主要用途,塑料/塑料：

PC/ABS、PC/LDPE等,塑料/弹性体：

PP/EPDM、HDPE/BR等,按共混物组分间有无化学键连接,物理共混物,化学共混物,接枝共聚：

HIPS,嵌段共聚：

SBS,热-机械共混物,按共混物形态,均相体系,两相体系,按共混方法,熔融共混物,溶液共混物,乳液共混物,海-岛结构,海-海结构,按改善的性能或用途,共混抗静电材料,共混电磁屏蔽材料,按主体聚合物,PP合金,PC合金,PA合金,PPO合金,按聚合物的档次,通用塑料/通用工程塑料共混物,通用工程塑料/通用工程塑料共混物,通用工程塑料/特种工程塑料共混物,三、共混改性聚合物的表示方法,为了简单明确表示共混改性聚合物的组成，由聚合物A和B形成的两元共混物表示为A/B（x/y），A为基体树脂，B为加入的另一种聚合物，x,y分别表示为A和B的质量分数。

若为三元共混物，如PP/HDPE/EPDM（85/10/5），表示向PP基体树脂中加入HDPE和EPDM，三者的质量比依次为85：

10：

5若共混物中有共聚物，可采用A/B=m:

n（x/y）,A为基体树脂，B为加入的共聚物，m:

n是共聚物中两种单体单元的链节数比。

如PVC/AS=25:

75（95:

5）,表示在95份的PVC基体中加入5份的AS，AS中有链节数为25%的丙烯腈和75%的苯乙烯。

四、共混改性的主要方法,熔融共混,溶液共混,乳液共混,即所谓的热-机械共混，指将聚合物加热到熔融状态后进行共混,聚合物组分溶于溶剂后进行共混,将两种或两种以上的聚合物乳液进行共混的方法,聚合物材料的最终性能不仅与其化学组成、结构有关，在很大程度上也取决于成型加工过程中其凝聚态结构的形成与变化,2.2聚合物共混物形态学,相态结构,结晶形态,界面结构,聚合物共混物形态结构基本类型,对于双组分的聚合物共混体系，可分为非结晶聚合物/非结晶聚合物，结晶聚合物/非结晶聚合物，结晶聚合物/结晶聚合物,界面结构：

各组分形成的相与相之间的过渡区,2.2.1基本形态类型,相态结构,多相形态,均相体系,“海-海”结构,“海-岛”结构,研究重点,一、多相形态结构,单相连续结构（“海-岛”结构）,结构特征：

一个组分是连续相（基体），另一个组分是分散相。

分散相的各个小区域称为相畴（Phasedomain）,热机械共混法PS/BR电子显微镜照片（黑色不规则颗粒为橡胶分散相）,1、分散相形状不规则，呈颗粒状,相畴尺寸：

1-10微米,2、分散相颗粒较规则，一般为球形，颗粒内部不包含或只包含极少量的连续相成分。

8.7CTBN增韧的环氧树脂电子显微镜照片（黑色小球为橡胶颗粒）CTBN：

羧基丁腈橡胶,相畴尺寸：

1微米左右,丁二烯含量为20的SBS的电子显微镜照片（黑色小球为丁二烯嵌段聚集区）,3、分散相为胞状（香肠状结构）,本体-悬浮接枝共聚共混法ABS的电子显微镜照片（用四氧化锇染色，黑色部分为橡胶）,特点：

分散相颗粒包容了相当多的连续相成为构成的更小的颗粒，其截面形态类似于香肠。

4、分散相为片层状,分散相呈微片状分散于连续相基体中，当分散相浓度较高时进一步形成了分散相的片层。

微片状分散相（PA）均匀分布于连续相（HDPE）中,“海-岛”结构中分散相分散状况的表征,均一性：

分散相浓度的起伏大小分散度：

分散相颗粒的破碎情况,两种样品均一性与分散度的对比示意图,分散相粒子的粒径分布,混合指数I,均一性的表征,不均一系数Kc,I越趋近1，Kc越小，就表示分散相分散的均一性越高,分散度的表征：

平均粒径,平均表面直径,平均算术直径,共混改性中面临的重要问题：

控制分散相粒径及粒径分布,大量研究结果表明，为使“海岛结构”两相体系共混物具有预期的性能，其分散相的平均粒径应控制在某一最佳值附近。

以弹件体增韧塑料体系为例，在该体系中，弹性体为分散相，塑料为连续相，弹性体颗粒过大或过小都对增韧改性不利。

而相对于不同的塑料基体（连续相），出于增韧机理不同，也会对弹性体颗粒的粒径大小有不同的要求。

除了平均粒径之外，粒径分布对共混物性能也有重要影响。

还是以弹性体增韧塑料的共很体系为例，在这一体系中若弹性体颗粒的粒径分布过宽，体系中就会存在许多过大或过小的弹性体颗粒，而过小的弹性体颗粒几乎不起增韧作用，过大的弹性体颗粒则会对共混物性能产生有害影响。

因此，一般来说，应将分散相粒径分布控制在一个较窄的范围之内。

在实际应用中，共混物形态方面出现的问题往往是分散相粒径过大，以及粒径分布过宽。

如何减小分散相粒径，以及控制其粒径分布，就成了共混改性中经常面临的重要问题。

分散相粒径及粒径分布的调控，与共混装置的设计、共混组分之间的相容性，以及混合工艺条件等都合关系。

两相互锁或交错结构（“海海”结构）,结构特征：

每个组分都有一定的连续性，但都没形成贯穿三维交叉互锁结构。

丁二烯含量为60的SBS形态结构的TEM照片,相互贯穿的两相连续形态结构,两种组分都形成三维空间连续的形态结构,顺式-聚丁二烯（cis-PB）/PSIPN电子显微镜照片（cis-PB/PS=24/50）,IPN,二、结晶形态,

（1）晶粒分散于非晶介质中,

（2）球晶分散于非晶介质中,（3）非晶态成分分散于球晶中,（4）非晶态成分形成较大相畴分散于球晶中,结晶聚合物/非结晶聚合物,

（1）（5）球晶几乎充满整个共混体系（连续相），非晶成分分散于球晶之间,PP/BR=90/10共混物结晶形态的偏光显微镜照片（65）,（6）非晶成分分散于球晶和穿插于球晶中,PP/BR=80/20共混物结晶形态偏光显微镜照片（65）,具有优良刚性的增韧聚丙烯（TRPP）结晶形态偏光显微镜照片（170）,（7）结晶聚合物形不成结构完整的球晶，只能形成细小的晶粒,（8）球晶被轻度破坏，成为树枝晶并分散于非晶聚合物中,（9）结晶聚合物未能结晶，形成非晶/非晶共混体系,（10）非晶聚合物产生结晶，体系转化为结晶/结晶共混体系,结晶聚合物/结晶聚合物,

（1）均未形成结晶聚合物，两种组分各自形成微小聚集体，相互分散。

相容性好时，各自聚集体相畴尺寸小些，相互分散均匀性较好；

相容性差时，各自聚集体相畴尺寸大，相互分散均匀性差,

（2）两种聚合物分别结晶。

根据晶区、非晶区的相对数量、分散形式以及结晶形态的特征，还可分为以下几种：

a.两种聚合物分别形成小晶粒，分散于非晶介质中b.一种聚合物形成球晶，另一种聚合物形成小晶粒，分散于非晶介质中c.两种聚合物分别结晶形成球晶，晶区充满整个共混物，非晶成分分散于球晶中,（3）两种聚合物形成共晶,三、界面结构,界面层的形成,两个步骤：

第一步是两相之间相互接触，第二步是两种聚合物大分子链段之间相互扩散。

Kryszewski等PP片与PE片叠合起来制成层叠试样，用偏光显微镜和红外光谱仪观察在180时两种聚合物界面上的输运现象（曲线上的数字表示PE的支化度，数字越小支化度越大）.,可以看出，随着热处理时间的延长，PP、PE两种大分子相互扩散的距离越大。

由于热运动产生的两种大分子相互扩散对流，使得两相界面间形成了两种大分子相互交叉的区域