聚合物共混原理第一章引言.ppt

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1、Principles for polymer blending1 主主 要要 内内 容容1.共混复合材料（即共混改性聚合物复合材料）共混复合材料（即共混改性聚合物复合材料）的定义、分类的定义、分类2.共混改性的目的、意义共混改性的目的、意义3.制备共混复合材料的技术制备共混复合材料的技术4.参考文献和考核方式参考文献和考核方式第一章第一章 引引 言言 2聚聚合合物物共共混混改改性性是是实实现现高高分分子子材材料料高高性性能能化化、精精细细化化、功功能能化化和和发发展展新新品品种种的的重重要要途径。途径。许许多多聚聚合合物物共共混混物物具具有有性性能能优优异异、加加工工周周期短、价格低廉等特点。

2、期短、价格低廉等特点。已已经经广广泛泛应应用用于于电电子子设设备备、家家用用电电器器、汽汽车车工工业业、纺纺织织业业、建建筑筑业业等等方方面面，发发展展速速度非常快度非常快.31.1 1.1 什么叫聚合物的的共混改性什么叫聚合物的的共混改性?是是以以聚聚合合物物（聚聚合合物物或或者者共共聚聚物物）为为改改性性剂剂，加加入入到到被被改改性性的的聚聚合合物物材材料料（合合成成树树脂脂，又又叫叫基基体体树树脂脂）中中，采采用用合合适适的的加加工工成成型型工工艺艺，使使两两者者充充分分混混合合，从从而而制制得得具具有有新新颖颖结结构构特特征和新颖性能的改性聚合物材料的改性技术征和新颖性能的改性聚合物材

3、料的改性技术。塑料改性是高分子材料改性的重要组成部分。塑料改性是高分子材料改性的重要组成部分。塑塑料料改改性性是是指指通通过过物物理理的的、化化学学的的,或或者者物物理理、化化学学结结合合的的方方法法使使塑塑料料材材料料的的性性能能发发生生人人们们预预期期的的变变化化，或或使使生生产产成成本本降低，或使某些性能得以改善，或是被赋予全新功能。降低，或使某些性能得以改善，或是被赋予全新功能。1 共混复合材料的分类、定义共混复合材料的分类、定义4高高分分子子合合金金是是指指把把具具有有良良好好相相容容性性的的多多组组分分聚聚合合物物体体系系称称为为高高分分子子合合金金，其其形形态态结结构构应应为为均

4、均相相或或者者微微观观非非均均相相，高高分分子子合合金金可可以以包包括括嵌段共聚物和接枝共聚物。嵌段共聚物和接枝共聚物。也有人认为高分子合金包含了聚合物共混物。也有人认为高分子合金包含了聚合物共混物。与高分子合金（与高分子合金（polymer alloy）的区别）的区别：什么叫相？什么叫相？5 改改性性的的过过程程有有的的在在聚聚合合时时发发生生，但但更更多多的的情情况况下是在塑料加工企业中的混合、混炼设备中进行。下是在塑料加工企业中的混合、混炼设备中进行。以以物物物物理理理理方方方方法法法法改改性性为为主主的的改改性性手手段段有有填填充充、共共混混和和增强增强.1.2 聚合物改性方法分类聚合

5、物改性方法分类1.2.1 聚合物改性方法聚合物改性方法物理方法物理方法物理方法物理方法 化学方法化学方法化学方法化学方法表面表面表面表面6填充：填充：在在聚聚合合物物基基体体中中添添加加与与基基体体组组成成和和结结构构上上不不同同的的固固体体物物质质：填填充充剂剂、填填料料，目目的的是是降降低低成成本本、补补强强、或或者者改改善善其其加加工工性性能能，还还有有阻阻燃燃、抗抗静静电电等等目的。目的。7聚合物基聚合物基复合材料复合材料共混：共混：两两种种或或者者两两种种以以上上聚聚合合物物经经混混合合制制备备宏宏观观均均匀匀材材料料的过程。可分为物理、化学共混。的过程。可分为物理、化学共混。增强：

6、增强：又又称称聚聚合合物物基基复复合合材材料料。就就是是以以有有机机聚聚合合物物为为基基体体，纤维类增强材料为增强剂的复合材料。纤维类增强材料为增强剂的复合材料。以聚合物种类分：塑料基（热塑性、热塑性之分）以聚合物种类分：塑料基（热塑性、热塑性之分），橡胶基。，橡胶基。以增强剂类型分：玻璃纤维增强，碳纤维增强。以增强剂类型分：玻璃纤维增强，碳纤维增强。还有很多，如晶须增强等等。还有很多，如晶须增强等等。8 以以化学方法化学方法化学方法化学方法改性为主的改性手段有：改性为主的改性手段有：嵌段、接枝、交联、互穿网络等嵌段、接枝、交联、互穿网络等 表面表面表面表面改性改性 9塑塑共混，例如塑塑共混，

7、例如 PC/PE，PC/PP。塑塑/橡胶（弹性体），制备增韧塑料。橡胶（弹性体），制备增韧塑料。橡、塑并用，橡胶或者弹性体作为主成份，橡、塑并用，橡胶或者弹性体作为主成份，加入一定量作为填料的塑料树脂来改变弹性加入一定量作为填料的塑料树脂来改变弹性体的性能。体的性能。1.2.2 聚合物共混改性方法聚合物共混改性方法从共混成份上分为三类：从共混成份上分为三类：10物物理理力力：热热机机械械共共混混、互互穿穿网网络络高高分分子子（IPN）。）。化学力：嵌段或者接枝共聚物，前者如化学力：嵌段或者接枝共聚物，前者如SBS;后后者如者如ABS,HIPS。这里将接枝和嵌段共聚物划。这里将接枝和嵌段共聚物划

8、分为共混高分子复合材料，是因为二者具有复分为共混高分子复合材料，是因为二者具有复相结构。相结构。从组分间的结合力类型可分为：从组分间的结合力类型可分为：11从共混方法上分：从共混方法上分：物理共混：热机械共混、乳液共混物理共混：热机械共混、乳液共混化学共混：嵌段或者接枝共聚化学共混：嵌段或者接枝共聚12如三元共混体系，聚乙烯类共混物、聚氯乙烯共如三元共混体系，聚乙烯类共混物、聚氯乙烯共混物、聚酰胺共混物等。混物、聚酰胺共混物等。从共混的基体数和基体树脂来分：从共混的基体数和基体树脂来分：13 1.2.3 聚合物共混物的表示方法聚合物共混物的表示方法 主要是为了简单而又明确地表示出聚合物共混物的

9、组主要是为了简单而又明确地表示出聚合物共混物的组成情况。成情况。.两种均聚物共混：两种均聚物共混：A/B(x/y)A/B(x/y)A A为为基基体体树树脂脂（主主成成份份），B B为为另另一一种种添添加加的的聚聚合合物物（次次成成份份）；x x、y y相相应应为为A A、B B两两种种聚聚合合物物组组分分在在体体系系中中的的百百分分重重量。量。如如聚聚丙丙烯烯/聚聚乙乙烯烯（85/1585/15），就就表表示示。对对多多元元共共混混物物则依此类推。则依此类推。14.一一种种是是均均聚聚物物，一一种种是是共共聚聚物物。表表示示为为：A/BA/Bm m：n n（x/yx/y），其其中中B B为为共

10、共混混物物，m m：n n为为共共聚聚物物B B中中两两种种单单体的链节数目之比体的链节数目之比.可以英文缩写表示。如可以英文缩写表示。如PP/PEPP/PE（80/2080/20）15高分子树脂材料本身性能的不足；高分子树脂材料本身性能的不足；不同高分子树脂材料的性能可以较好地互补不同高分子树脂材料的性能可以较好地互补2 共混改性的目的、意义共混改性的目的、意义16.可利用现有大品种材料获得性能优良的高分子复合材料。可利用现有大品种材料获得性能优良的高分子复合材料。例例如如：进进行行PC/EVAPC/EVA共共混混，可可降降低低开开裂裂，可可提提高高其其低低温温韧韧性性，同时又能降低对水的敏

11、感度。同时又能降低对水的敏感度。.用少量一种高分子可改变另一种高分子的性能。用少量一种高分子可改变另一种高分子的性能。例例如如：热热塑塑性性聚聚氨氨酯酯（TPUTPU）硬硬度度高高且且富富有有弹弹性性，具具有有良良好好的的机机械械强强度度，耐耐油油、耐耐臭臭氧氧、低低温温性性能能也也优优异异，其其缺缺点点是是耐耐老老化化性性差差，湿湿表表面面摩摩擦擦系系数数低低、容容易易打打滑滑；此此外外，TPUTPU成成本本也较高。也较高。聚聚甲甲醛醛是是一一种种具具有有优优良良综综合合性性能能的的工工程程塑塑料料，但但它它的的最最大大缺缺点点是是缺缺口口冲冲击击强强度度较较低低，TPUTPU有有很很好好的

12、的韧韧性性，TPUTPU与与POMPOM共共混混，可以改善该不足。可以改善该不足。17聚聚酰酰胺胺（PAPA）中中添添加加PTFE PTFE 可可提提高高其其滑滑动动性性。当当PTFEPTFE的的填填充充量量大大于于10%10%时时，PAPA的的减减摩摩耐耐磨磨性性能能也也得得到到改改善善，其其摩摩擦擦系系数数与磨耗量大幅度降低。与磨耗量大幅度降低。18.改善高分子材料的加工性能。改善高分子材料的加工性能。PC/EVAPC/EVA共混，可提高共混，可提高PCPC的加工流动性。的加工流动性。.对对价价格格昂昂贵贵的的工工程程塑塑料料，可可通通过过共共混混，在在不不影影响响使使用用要要求的情况下降

13、低成本，提高性价比。求的情况下降低成本，提高性价比。.通过共混可以获得一些特殊性能的高分子复合材料。通过共混可以获得一些特殊性能的高分子复合材料。如如阻阻隔隔高高分分子子、阻阻燃燃、导导电电（抗抗静静电电）、仿仿木木（拉拉伸伸不不同同、相容性不好的两种高分子共混经特殊牵伸得到）。相容性不好的两种高分子共混经特殊牵伸得到）。19将两种或者两种以上的聚合物组分，通过化学、将两种或者两种以上的聚合物组分，通过化学、物理或者化学物理的方法进行共混改性，制成物理或者化学物理的方法进行共混改性，制成聚合物合金的技术是多种多样的。聚合物合金的技术是多种多样的。其主要方面如下。其主要方面如下。3 制备共混复合

14、材料的技术制备共混复合材料的技术20单单纯纯共共混混技技术术是是指指具具有有相相容容性性的的均均聚聚物物/均均聚聚物物、均均聚聚物物/共共聚聚物物、共共聚聚物物/共共聚聚物物直直接接进进行行熔熔融融共共混混而而制制成成聚聚合合物物合合金的技术。金的技术。-但但是是在在实实际际生生产产中中，这这种种能能相相容容的的聚聚合合物物对对是是不不多多的的。因因而影响了它的广泛使用。成功的例子有：而影响了它的广泛使用。成功的例子有：PPE(PPE(聚聚苯苯醚醚，PPO)/PS(PPO)/PS(聚聚苯苯乙乙烯烯)合合金金。可可在在任任意意比比例例下下共共混混，形形成成相相容容的的共共混混体体系系。改改善善P

15、PEPPE的的加加工工性性能能，并并且且降降低低了成本。了成本。PVC/NBRPVC/NBR（丙丙烯烯腈腈丁丁二二烯烯共共聚聚物物）合合金金。当当NBRNBR在在丙丙烯烯腈腈为为232345wt45wt时时，与与PVCPVC的的相相容容性性良良好好，制制得得的的合合金金具具有有耐耐低低温温、耐耐油油和和低低压压缩缩永永久久变变形形等等性性能能，可可以以用用作作汽汽车车挡挡风风玻璃的刮水器、耐油软管及密封垫等。玻璃的刮水器、耐油软管及密封垫等。3.1 单纯共混技术单纯共混技术21相相容容剂剂使使不不相相容容的的聚聚合合物物体体系系增增强强界界面面亲亲和和力力，降降低低界界面面张张力力，以以获获得

16、得相相容容或或者者部部分分相相容容和和结结构构形态稳定的聚合物共混物。形态稳定的聚合物共混物。最常用的相容剂为嵌段共聚物和接枝共聚物。最常用的相容剂为嵌段共聚物和接枝共聚物。3.2 相容剂技术相容剂技术在聚合物合金的制备中，关键是各组分间的相容性问题。在聚合物合金的制备中，关键是各组分间的相容性问题。22可可以以先先合合成成，再再加加入入到到聚聚合合物物体体系系中中；亦亦可可用用可可控控制制的的反反应应挤挤出出技技术术在在混混合合过过程程中中产产生生。作作为为相相容容剂剂的的嵌嵌段段共共聚聚物物，要要求求在在大大分分子子结结构构中中同同时时含含有有与与共共混混物物组组分分P PA A、P PB

17、 B相同的聚合物链。相同的聚合物链。目目前前已已经经工工业业化化的的嵌嵌段段共共聚聚物物，多多采采用用阴阴离离子子聚聚合合方方法法。所所制制备备的的SBSSBS和和SIS(SIS(苯苯乙乙烯烯异戊二烯苯乙烯异戊二烯苯乙烯)就是典型例子。就是典型例子。3.2 相容剂技术相容剂技术23反反应应挤挤出出技技术术是是采采用用具具有有高高长长径径比比的的反反向向或或者者同同向向双双螺螺杆杆挤挤出出机机，使使得得聚聚合合物物共共混混物物物物料料在在通通过过挤挤出出机机时时，有有一一定定的的停停留留时时间间进进行行充充分分的的混混合合，并并发发生生聚聚合合接接枝枝、酯酯交交换换、解解聚聚、脱脱水水等等反反应

18、应，制制备备出出聚聚合合物物合合金金和和聚聚合合物物/无无机物复合材料的技术。机物复合材料的技术。3.3 反应挤出技术反应挤出技术241.HDPE/PET共共混混物物为为典典型型的的热热力力学学不不相相容容体体系系，加加入入相相容容剂剂EVA后后虽虽然然与与HDPE有有较较好好的的相相容容性性，但但与与PET的的相相容容性性却却较较差。差。2.2.若若在在适适当当催催化化剂剂的的作作用用下下，使使得得EVAEVA侧侧链链上上的的官官能能团团与与PETPET主主链链上上的的酯酯基基发发生生酯酯交交换换反反应应，生生成成PET-EVAPET-EVA接接枝枝共共聚聚物物，则则会会使使体体系系的的相相

19、容容性性增增强强，力力学学性性能能提提高。高。3.3 反应挤出技术反应挤出技术25Du Pont 公司推出的增韧尼龙是一个成功例子。公司推出的增韧尼龙是一个成功例子。在在尼尼龙龙基基体体相相中中，加加入入经经马马来来酸酸酐酐接接枝枝改改性性的的EPDM弹弹性性体体，通通过过反反应应挤挤出出过过程程，与与尼尼龙龙末末端端的的胺胺基基发发生生接接枝枝反反应应，使使改改性性的的弹弹性性体体以以的的微微粒粒分分散散在在尼尼龙龙连连续续相相中中，形形成成不不产产生生相相分分离离的的多多相相结结构构，从从而而使使尼尼龙龙的的缺缺口口冲冲击击强强度度达达到到9009001020J/m1020J/m。反应挤出

20、技术是制备聚合物合金的有效方法。反应挤出技术是制备聚合物合金的有效方法。26IPN是是Millar于于1960年年提提出出的的。它它是是指指两两种种或或者者两两种种以以上上的的交交联联聚聚合合物物，通通过过网网络络互互相相贯贯穿缠结而形成的一类独特的聚合物共混物。穿缠结而形成的一类独特的聚合物共混物。IPN作作为为一一种种新新的的共共混混改改性性技技术术，具具有有独独特特的的网网络络互互穿穿结结构构以以及及强强迫迫互互容容、界界面面互互穿穿、协协同作用、加工和功能复合等特点。同作用、加工和功能复合等特点。80年年代代进进入入实实用用化化阶阶段段。在在补补强强橡橡胶胶、增增韧韧塑塑料料以以及及热

21、热塑塑性性弹弹性性体体、阻阻尼尼材材料料、涂涂料料、粘粘合合剂剂及及其其它它功功能能材材料料等等方方面面的的应应用用获获得得较较大进展。大进展。3.4 互穿聚合物网络（互穿聚合物网络（IPN）技术）技术27聚聚合合物物合合金金的的形形成成，从从热热力力学学上上讲讲，其其混混合合自自由由能能必必须须小小于于零零。因因此此，在在聚聚合合物物共共混混过过程程中中，研研究究自自由由能能减减小小以以形形成成稳稳定定的的聚聚合合物物合合金金，是是合合金金化化技技术术中中的的重重要方法之一要方法之一经经大大量量研研究究证证明明，若若高高分分子子间间存存在在特特殊殊的的相相互互作作用用（包包括括氢氢键键、离离

22、子子-离离子子、离离子子-偶偶极极、偶偶极极-偶偶极极间间的的静静电电作作用用，酸酸碱碱作作用用、电电荷荷转转移移络络合合作作用用等等），混混合合时时会会产产生生负负的的焓焓变变（H），这这样样自自由由能能G0，必必然然会产生相容的共混体系会产生相容的共混体系如如离离聚聚体体共共混混物物，它它的的共共混混改改性性正正是是利利用用离离聚聚体体中中的的官官能能团团与与异异种种高高分分子子间间的的上上述述特特殊殊相相互互作作用用，导导致致混混合合焓焓为为负负值值，有有利利于于相相容容，从从而而形形成成具具有有热热力力学学稳稳定定性和微相分离的离聚体共混物性和微相分离的离聚体共混物3.5 聚合物分子间

23、特殊相互作用的共混技术聚合物分子间特殊相互作用的共混技术28 所所谓谓离离聚聚体体是是指指它它的的主主要要成成分分为为非非离离子子基基体体，其其次次要要成成分分为为可可离离子子化化基基团团。当当离离子子基基团团的的摩摩尔尔分分数数小小于于15时，就称它为离子聚合物时，就称它为离子聚合物 离离子子基基团团提提供供了了分分子子间间相相互互作作用用，为为新新材材料料的的开开发发应应用用开开辟辟了了新新的的途途径径，而而且且，离离子子的的聚聚集集状状态态（多多重重离离子子对对、离离子子簇簇）能能对对材材料料的的性性能能产产生生重重大大影影响响。许多高性能聚合物共混物就是由此制备的许多高性能聚合物共混物

24、就是由此制备的291.塑料改性技术塑料改性技术，王经武著，化学工业出版社，王经武著，化学工业出版社，2004/2 出版出版2.聚聚合合物物共共混混改改性性，吴吴培培熙熙,张张留留城城.北北京京:中中国国轻轻工工业业出出版版社社,1996.3.聚聚合合物物共共混混物物与与合合金金，沈沈家家瑞瑞，贾贾德德民民编编著著，广广州州，华华南南理理工大学出版社，工大学出版社，19994.表表面面改改性性与与合合金金化化，J.M.波波特特等等主主编编 胡胡壮壮麒麒等等译译 科科学学出出版版社社 19885.塑塑料料添添加加剂剂手手册册，R.根根特特，H.米米勒勒著著，化化学学工工业业出出版版社社2000/1

25、出版出版 6.塑料填充改性塑料填充改性，刘英俊，刘英俊 刘伯元刘伯元 主编主编 中国轻工业出版社中国轻工业出版社 19987.高分子合金的物理化学高分子合金的物理化学.江明江明.成都成都:四川教育出版社四川教育出版社,1991.8.橡胶塑料共混改性橡胶塑料共混改性 邓本诚，李俊山编著邓本诚，李俊山编著 北京北京-中国石化出版社中国石化出版社 1996 9.聚合物合金聚合物合金 封封 朴编著朴编著 上海上海-同济大学出版社同济大学出版社 1997 4 参考文献参考文献30阅读英文文献，来源：阅读英文文献，来源：Progress in polymer science;Journal of polymer science;Macromolecular rapid communications;Macromolecules;Polymer;Biomacromolecules Advances in Polymer ScienceTrends in Polymer ScienceJournal of Applied Polymer Science 31