膜技术教学提纲.ppt

《膜技术教学提纲.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《膜技术教学提纲.ppt（27页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、膜技术o决定新材料性能的关键因素是什么？共混物中的形态结构！聚合物共混物的研究呈现出在共混过程中对材料的相态进行控制的趋势。o聚合物共混体系相行为研究的首要的基本问题是什么？相容性！o聚合物共混物的形态控制主要由热力学和动力学两方面的因素决定。o作为热力学因素的聚合物共混物中各组分之间的相容性是关键因素。聚合物共混的目的聚合物共混的目的 橡胶填充塑料橡胶填充塑料：HIPS、超韧尼龙、增韧、超韧尼龙、增韧PP 塑料填充橡胶：塑料填充橡胶：增强橡胶增强橡胶 采用共混方法获得的多组分聚合物材料兼具各组分的优点，取长补短，可以表现出良好的综合性能，扩大了高分子材料的应用领域。最典型的例子最典型的例子聚

2、合物共混的意义聚合物共混的意义（1）聚合物共混物可以消除和弥补单一聚合物性能上的弱点，取长补短，得到综合性能优良、均衡的理想聚合物材料；（2）使用少量的某一聚合物可以作为另一聚合物的改性剂，改性效果明显；（3）改善聚合物的加工性能；（4）通过结构设计，可以制备一系列具有崭新性能的聚合物材料。高分子高分子高分子共混原则高分子共混原则 (1)极极性性相相匹匹配配原原则则。与选择溶剂的情形类同，两相高分子材料极性相似，有助于混溶。(2)表表面面张张力力相相近近原原则则，这是一条胶体化学原则。因为表面张力相近，易在两种混合高分子颗粒表面接触处形成较稳定的界面层，从而提高共混稳定性。(3)扩扩散散能能力

3、力相相近近原原则则，这是一条分子动力学原则。已知在界面层上两相高分子链段相互渗透，扩散。若扩散能力相近，易形成浓度变化较为对称的界面扩散层，提高材料物理、力学性能。(4)等等粘粘度度原原则则，这是一条流变学原则。指两相高分子熔体或溶液粘度接近，易混合均匀混合。若粘度相差较大、易发生“软包硬”、相分离的想象，影响共混质量。(5)溶溶解解度度参参数数相相近近原原则则。这是一条热力学原则。两相共混的目的是取长补短，升发新性能，因此并不要求两相一定达到分子级的均匀混合，而希望各相保持各自的特性，一般要求达到微米级的多相结构即可，即所谓“宏观均相，微观非均相”的分相而又不分离的状态。但是，为了混合的稳定

4、性，为了提高力学性能，要求两相颗粒界面之间有一定的微小混溶层。衡量聚合物相容性的三个方面衡量聚合物相容性的三个方面（1）热力学角度 指不同聚合物在分子尺度上的混容；（2）相结构的大小 两种聚合物混合时没有相分离的明显迹象；（3）共混物的性能 聚合物的共混物具有所希望的物理性质。聚合物共混物相容性概念聚合物共混物相容性概念 所谓聚合物之间的相容性相容性（Miscibility），从热力学角度而言，是指在任何比例混合时，都能形成分子分散的、热力学稳定的均相体系，即在平衡态下聚合物大分子达到分子水平或链段水平的均匀分散。机械相容性机械相容性（Compatibility），是指能得到具有良好物理、机械

5、性能的共混材料时聚合物共混物之间的相容性。这时，共混时聚合物各组分间存在一定的相界面亲合力、且分散较为均匀，分散相粒子尺寸不太大。真正在热力学上完全相容的聚合物对并不多，大多数聚合物之间在热力学上不相容或只有部分相容性。1972年，Krauser公布了342对聚合物，其中只有33对完全相容，46对部分相容，其余都是不相容的。原因？聚合物分子链或者链段移动困难，混合熵很小，所以仅当聚合物之间存在很强的相互作用或者组分自身链段之间的斥力大于组分之间链段的斥力时，才可能完全相容。聚合物之间的相容性如何？聚合物之间的相容性如何？(1)表现最高临界相容温度(UCST)行为。最高临界混溶温度是指这样的温度

6、：超过此温度，体系完全相容，为热力学稳定的均相体系；低于此温度，为部分相容，在一定的组成范围内产生相分离。(2)表现最低临界相容温度(LCST)行为。所谓最低临界相容温度是指这样的温度：低于此温度，体系完全相容，高于此温度为部分相容。(3)同时存在最高临界相容温度和最低临界相容温度。具有最高临界相容温度的例子有：天然橡胶丁苯橡胶、聚异丁烯一聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯聚异戊二烯。具有最低临界相容温度的例子有：聚苯乙烯聚乙烯甲基醚、聚己内酯一苯乙烯丙烯睛共聚物等。同时存在LCST及UCST的例子有：聚甲基丙烯酸甲酯氯化聚乙烯以及聚苯乙烯聚苯醚(PS/PPO)等。对部分相容的聚合物聚合物体系，归纳起来

7、有以下几种类型：研究两相高分子共混时，考虑两相体系混合后的分散状态和形态学特征是十分重要的。虽然热力学相容性指示了在一定温度、压力下，相转变发生的内在可能性，但是，由于大分子材料的待殊结构特征及高粘度、高弹性，两相高分子要达到完全热力学共溶往注需要一个长时间过程。在研究中引入时间尺度，这是动力学问题。需要指出，由于高分子材料的特殊性，动力学问题的研究在高分子体系研究中往往非常重要。聚合物共混中的动力学问题聚合物共混中的动力学问题稳定态与亚稳态示意图 在共混过程中，两相体系有可能达到能量最低的热力学稳定态，也有可能处于能量稍高、但相对也非常稳定的亚稳定态。所谓亚稳定态，是指在一定温度和压力下，尽

8、管一个状态在热力学上不如另一个状态稳定，但在某种特定的条件下这个状态也是可以存在的。由于动力学途径较短的缘故，亚稳定态往往首先达到，并可以长期稳定存在。体系的一些优异性能也往往是处在亚稳定态中体现出来的。稳态与亚稳态稳态与亚稳态影响聚合物共混物相容性的因素影响聚合物共混物相容性的因素 1、溶解度参数 高分子共混的过程实际上是分子链间相互扩散的过程，受到分子链间作用力的制约。内聚能密度E/V（简称CED）是分子链间作用力大小的量度。但由于高分子不能气化而无法直接测定其CED，因而常用溶度参数（CED的开方值）来表征分子链间作用力的大小。高分子间的 越接近，其相容性越好。例如，PVCNBR体系中P

9、VC的 为9.49.7，在一定AN范围内NBR的 为9.39.5，二者的 相近，相容性较好。PVC与乙烯一醋酸乙烯共聚物（EVA）、PS与聚2，6二甲基1，4-苯撑氧（PPO）皆因 相近而相容。PS与聚丁二烯（PB）的 相差较大（0.7），相容性较差。PVC与PB的 1，为不相容体系。但是，聚乙烯（PE）与异丁橡胶（IIR）的 相近却不相容，类似的还有：PB与天然橡胶（NR）等。由此可见，对于非晶态高分子共混物可用 较准确地预测其相容性，而含有结晶高分子时就有偏差。2、共聚物的组成 对于均聚物共聚物体系，相容性与共聚物的组成有关。NBR的 与AN含量有关。AN含量20一40%时NBRPVC的相

10、容性不断增加。NBR-18和AN含量26%的NBR-26与PVC只是有限相容，两相界面模糊，仅AN含量40%的NBR一40与PVC溶液共混时才是均相，只有一个Tg。在PVCEVA中相容性随醋酸乙烯（VAC）含量的增加而增加，VAC含量为65-70%时共混物为单相，45%时为两相。对氯苯乙烯邻氯苯乙烯共聚物与PPO共混时，在对氯苯乙烯含量23-64%范围内，用量热法观察到单一的Tg。苯乙烯（St）与AN的无规共聚物（SAN）与PMMA共混时，AN含量在927%范围内时，电镜和力学性能表明二者相容。3、极 性 高分子的极性愈相近，其相容性愈好。极性越大，分子间作用力越大。分子间作用力是高分子相容的

11、重要因素。极性高分子共混时相容性一般较好，如在一定AN含量范围内PVCNBR，在一定VAC含量范围内PVCEVA等；非（弱）极性高分子共混时相容性一般较差，如PBIIR，PEPP，PSPB，PSPP等；极性非极性高分子共混时一般不相容，如PVCPB，PVCPE，氯丁橡胶（CR）与NR，CRIR，PVCNR，PVCPS，PCPS，PAPP等。熔融共混物，与乳状液相似，其稳定性及分散度由界面两相的表面张力决定。4、表面张力 共混组分的界面张力愈接近，两相间的浸润、接触和扩散愈好，界面结合愈好。完全相容或不相容体系的性能都不理想，最理想的是两相不相容但界面结合很好的多相体系，其性能显著超过单一组分的

12、性能，而不是简单的平均值。5、结晶能力 所谓结晶能力是指可否结晶、结晶难易和最大结晶程度。高分子结晶能力愈大，分子间的内聚力愈大。因此，共混组分的结晶能力愈相近，其相容性愈好。凡能使分子链间紧密而又规整排列的因素（包括构型和构象因素）皆有利于高分子结晶。在非晶态高分子共混时常有理想的混合行为，如PVCNBR、PVCEVA；在晶态非晶态（或晶态）高分子共混时，只有出现混晶对才相容。6、粘度 由于高分子的粘度很大，具有动力学稳定性，因而共混物的相行为极为缓慢。在NRIR中，二者的结构相同，但出于粘度相差悬殊而不相容。可见，粘度对相容性的影响较大。高分子的粘度愈相近，其相容性愈好。例如，在NRBR中

13、，出现最小微相结构对二者的分子量正好相当；在NRSBR中，两组分的门尼粘度愈接近时其微相结构愈小。7、分子量 减小分子量，增加相容性。分子量增加，体系粘度增大，也不利于相容的动力学过程进行。例如，减小PS分子量，可增加它在IR中的溶解度；酚醛树脂在硫化胶中的溶解也是如此。对于均聚物（如PS、PB、IR）与相应接枝共聚物(PS-g-PB)或以段共聚物（PS-bIR）间的相容性，取决于均聚物和共聚物中相应嵌段的分子量大小。聚合物共混物相容性的判据和测定方法聚合物共混物相容性的判据和测定方法 1.目测法（浊度法）目测法（浊度法）按照定义，稳定的均相混合物是透明的，而不稳定的非均相混合物，除非它各组分

14、的折射率相同，否则都是混浊。利用试样光学透明性的变化作为相转变的证据。2、玻璃化转变法 玻璃化转变法测定聚合物聚合物的相容性，主要是基于如下的原则：聚合物共混物的玻璃化转变温度与两种聚合物分子级的混合程度有直接关系。若两种聚合物组分相容，共混物为均相体系，就只有一个玻璃化温度，此玻璃化温度决定于两组分的玻璃化温度和体积分数。若两组分完全不相容，形成界面明显的两相结构，就有两个玻璃化温度，分别等于两组分的玻璃化温度。部分相容的体系介于上述两种极限情况之间。橡胶增韧塑料(a)和热塑性弹性体(b)的典型动态力学性能温度谱非晶态高聚物高聚物共混物的动态力学性能温度谱随组元高聚物混溶性的变化示意图红外光谱法 红外光谱法研究聚合物相容性的原理：对于相容的聚合物共混体系，由于异种聚合物分子之间有强的相互作用，其所产生的光谱相对于两聚合物组分的光谱谱带产生较大的偏离(谱带频率移动及峰形的不对称加宽等)，由此而表征相容性的大小。对于完全不相容的共混聚合物体系，表征两聚合物组分的特征吸收谱带能够很好地重现而未发生变化。聚合物之间相容性难以用谱带偏离程度进行定量表征。谢谢！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢