高分子的多组分体系.pptx

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1、例如：例如：苯乙烯苯乙烯-丁二烯丁二烯-苯乙烯三元嵌段共聚苯乙烯三元嵌段共聚 *使用时为橡胶状弹性体使用时为橡胶状弹性体 *加工时为热塑性的塑料状加工时为热塑性的塑料状 是一种很有用的热塑性弹性体，广泛用作鞋底材料、防漏、是一种很有用的热塑性弹性体，广泛用作鞋底材料、防漏、改性路面材料。改性路面材料。HIPSHIPS高抗冲聚苯乙烯高抗冲聚苯乙烯(丁二烯接枝聚苯乙烯丁二烯接枝聚苯乙烯)第1页/共27页是一种性能优良的工程塑料。是一种性能优良的工程塑料。腈基（腈基（CNCN）极性大、增强分子间相互作用，耐化学腐蚀极性大、增强分子间相互作用，耐化学腐蚀 性强、表面硬度高、强度大性强、表面硬度高、强度

2、大丁丁 二二 烯烯分子链柔顺性好提供聚合物的韧性分子链柔顺性好提供聚合物的韧性苯苯 乙乙 烯烯高温流动性好，改善加工性能并使制品表面光洁度高温流动性好，改善加工性能并使制品表面光洁度 好好第2页/共27页共混高聚物的聚集态结构对性能的影响共混高聚物的聚集态结构对性能的影响光学性能：光学性能：大多数非均相的共混高聚物都不再具有其组分均聚大多数非均相的共混高聚物都不再具有其组分均聚物的光学透明性。例如物的光学透明性。例如ABS塑料塑料(即丙烯睛即丙烯睛-丁二烯丁二烯-苯乙烯共聚苯乙烯共聚物物)中，连续相中，连续相AS共聚物是一种透明的塑料，分散相丁苯胶也共聚物是一种透明的塑料，分散相丁苯胶也是透明

3、的，是透明的，但是但是ABS塑料是乳白色的，塑料是乳白色的，这是由于两相的密度这是由于两相的密度和折射率不同，光线在两相界面处发生折射和反射的结果。和折射率不同，光线在两相界面处发生折射和反射的结果。通过共混可带来多方面的好处：通过共混可带来多方面的好处：（1 1）改善高分子材料的机械性能；）改善高分子材料的机械性能；（2 2）提高耐老化性能；）提高耐老化性能；（3 3）改善材料的加工性能；）改善材料的加工性能；（4 4）有利于废弃聚合物的再利用。）有利于废弃聚合物的再利用。共混与共聚相比，工艺简单，但共混时存在相容性问题，共混与共聚相比，工艺简单，但共混时存在相容性问题，若两种聚合物共混时相

4、容性差，混合程度（相互的分散程度）若两种聚合物共混时相容性差，混合程度（相互的分散程度）很差，易出现宏观的相分离，达不到共混的目的，无实用价很差，易出现宏观的相分离，达不到共混的目的，无实用价值。值。第3页/共27页 热性能热性能 非晶态高聚物作塑料使用时，其使用温度上限是非晶态高聚物作塑料使用时，其使用温度上限是Tg。对于。对于某些塑料，为了增加韧性，采取增塑的办法，例如聚氯乙烯塑料，某些塑料，为了增加韧性，采取增塑的办法，例如聚氯乙烯塑料，然而增塑却使然而增塑却使Tg下降，使塑料的使用温度上限降低；甚至当增塑剂下降，使塑料的使用温度上限降低；甚至当增塑剂稍多时，在室温己失去塑料的刚性，只能

5、作软塑料使用。而用橡胶稍多时，在室温己失去塑料的刚性，只能作软塑料使用。而用橡胶增韧的塑料例如高抗冲聚苯乙烯（增韧的塑料例如高抗冲聚苯乙烯（HIPS），虽然引入了玻璃化温度），虽然引入了玻璃化温度很低的橡胶组分，但是由于形成两相体系，分散的橡胶相的存在，很低的橡胶组分，但是由于形成两相体系，分散的橡胶相的存在，对于聚苯乙烯连续相的对于聚苯乙烯连续相的Tg并无多大影响，因而基本保持末增韧前塑并无多大影响，因而基本保持末增韧前塑料的使用温度上限。橡胶增韧塑料的这种大幅度提高韧性而又不降料的使用温度上限。橡胶增韧塑料的这种大幅度提高韧性而又不降低使用温度的性质，正是共混高聚物的优点。低使用温度的性质

6、，正是共混高聚物的优点。力学性能力学性能 橡胶增韧塑料的力学性能的最突出的特点是在大幅度提橡胶增韧塑料的力学性能的最突出的特点是在大幅度提高了材料的韧性同时，不至于过多地牺牲材料的模量和抗张强度，高了材料的韧性同时，不至于过多地牺牲材料的模量和抗张强度，这是一种十分宝贵的特性，因为它是本来以增塑或无规共聚的方法这是一种十分宝贵的特性，因为它是本来以增塑或无规共聚的方法所无法达到的。这就为脆性高聚物材料，特别是廉价易得的聚苯所无法达到的。这就为脆性高聚物材料，特别是廉价易得的聚苯乙烯的广泛应用，开辟了广阔的途径。这种优异的特性，与其两相乙烯的广泛应用，开辟了广阔的途径。这种优异的特性，与其两相体

7、系的结构密切有关，因为塑料作为连续相，起了保持增韧前材料体系的结构密切有关，因为塑料作为连续相，起了保持增韧前材料的抗张强度和刚性的作用，而引进的分散橡胶相，帮助分散和吸收的抗张强度和刚性的作用，而引进的分散橡胶相，帮助分散和吸收冲击能量。冲击能量。第4页/共27页 从广义上说，共混高聚物也可看成一种溶液。要从广义上说，共混高聚物也可看成一种溶液。要使共混高聚物达到热力学上完全溶混使共混高聚物达到热力学上完全溶混,其混合自由能其混合自由能 必须小于零。但与高分子及溶剂混合时的情况不同，由必须小于零。但与高分子及溶剂混合时的情况不同，由于高分子的链节相互牵连，使其混合熵于高分子的链节相互牵连，使

8、其混合熵 很小。混合很小。混合过程又常为吸热过程，因而，一般情况下，过程又常为吸热过程，因而，一般情况下，oo。高临界互高临界互容容温度温度(UCST):(UCST):高温互容低温分相。高温互容低温分相。低临界互低临界互容容温度温度(UCST):(UCST):低温互容高温分相。低温互容高温分相。第5页/共27页PSPCL（聚已内酯）混合物的（聚已内酯）混合物的UCST相图相图PS的重均分子量为的重均分子量为 550 950 PSPVME混合物的混合物的LCST相图相图PVME的的Mw为为51500，PS的的Mw为为 10,000 51,000 24,400 110,000 第6页/共27页假设

9、含有xA个链段的聚合物与含有xB个链段的聚合物共混，第7页/共27页第8页/共27页相分离条件与相互作用参数的关系：相分离条件与相互作用参数的关系：两种聚合物共混体系的混合两种聚合物共混体系的混合自由能对组成图自由能对组成图 共混聚合物的两相共存线共混聚合物的两相共存线和亚稳极限线和亚稳极限线 第9页/共27页相分离条件与分子量的关系：相分离条件与分子量的关系：第10页/共27页两种聚合物之间没有特殊相互作用而能完全互容的体系很少。两种聚合物之间没有特殊相互作用而能完全互容的体系很少。下面完全相容的共混体系（存在特殊相互作用：离聚物或氢键）下面完全相容的共混体系（存在特殊相互作用：离聚物或氢键

10、）第11页/共27页图图4-5 4-5 相分离过程的浓度涨落和形态变化相分离过程的浓度涨落和形态变化 海岛结构海岛结构第12页/共27页连续相和分散相连续相和分散相杨玉良院士的研究结果杨玉良院士的研究结果第13页/共27页4.2 多组分高分子的界面性质多组分高分子的界面性质 HelfandHelfand的平均场理论的平均场理论:具有相同具有相同KuhnKuhn链段长度的两种高分子的界面张力链段长度的两种高分子的界面张力:界面厚度界面厚度 以相界面中心为起点以相界面中心为起点z=0z=0的界面轮廓的浓度公式的界面轮廓的浓度公式:多相高分子材料的诸多物理性能不仅依赖于各组分的本体性多相高分子材料的

11、诸多物理性能不仅依赖于各组分的本体性质，而且还依赖于组分间界面的性质。质，而且还依赖于组分间界面的性质。r r称为表面称为表面(界面界面)张力张力恒温恒压下测量两种黏性物质分离时所做的可逆功叫做黏合功恒温恒压下测量两种黏性物质分离时所做的可逆功叫做黏合功:第14页/共27页4.3 4.3 高分子嵌段共聚物熔体与嵌段共聚物溶液高分子嵌段共聚物熔体与嵌段共聚物溶液嵌段共聚物的微相分离嵌段共聚物的微相分离 嵌段共聚物的另一个重要特点是在一定温度下也会像嵌段共聚物的另一个重要特点是在一定温度下也会像高分子共混物一样发生相分离时，但由于嵌段间具有化学高分子共混物一样发生相分离时，但由于嵌段间具有化学键的

12、连接，形成的平均相结构微区的大小只有几十到几百键的连接，形成的平均相结构微区的大小只有几十到几百纳米尺度，与单个嵌段的尺寸差不多，因此被称为纳米尺度，与单个嵌段的尺寸差不多，因此被称为微相分微相分离离。与温度的依赖关系与温度的依赖关系:第15页/共27页第16页/共27页高斯自洽场高斯自洽场理论计算结理论计算结果果实验结果实验结果第17页/共27页X1c=10.5第18页/共27页第19页/共27页 假设嵌段共聚物通过微相分离形成层状相，可得到最优的假设嵌段共聚物通过微相分离形成层状相，可得到最优的层状相周期：层状相周期：临界点时临界点时HugginsHuggins参数与每条嵌段共聚物的链段数

13、乘积：参数与每条嵌段共聚物的链段数乘积：第20页/共27页3.2 3.2 嵌段共聚物的溶液性质嵌段共聚物的溶液性质 临界胶束浓度（临界胶束浓度（Critical micelle concentrationCritical micelle concentration，CMC)CMC)临界胶束温度临界胶束温度(critical micelle temperature(critical micelle temperature，CMT)CMT)。临界凝胶浓度临界凝胶浓度(critical gel concentration(critical gel concentration，CGC)CGC)。第21

14、页/共27页 各级光散射技术各级光散射技术(如可见光、如可见光、X X射线、中子散射射线、中子散射)都可以用来测定都可以用来测定是否形成了胶束的是否形成了胶束的CMCCMC和和CMTCMT。上图说明温度高于上图说明温度高于6565度和低于度和低于2525度时不能形成胶束，温度介于度时不能形成胶束，温度介于45-5545-55度在一定度在一定临界浓度下形成胶束。临界浓度下形成胶束。第22页/共27页(1)(1)内部是类似于内部是类似于B B嵌段的熔体；嵌段的熔体；(2)(2)中间层是中间层是ABAB的界面过渡区，的界面过渡区，A A嵌段仿佛接枝在嵌段仿佛接枝在“内核内核”上，上，形成比较致密的聚

15、合物形成比较致密的聚合物 “刷刷”(brush)(brush)；(3)(3)最外层以最外层以A A嵌段为主，是溶胀嵌段为主，是溶胀的聚合物刷。的聚合物刷。第23页/共27页 在嵌段共聚物的亚浓溶液和浓溶液，随着浓度增加，聚在嵌段共聚物的亚浓溶液和浓溶液，随着浓度增加，聚合物链开始发生交叠，依次形成胶束的正方相，柱状胶束的合物链开始发生交叠，依次形成胶束的正方相，柱状胶束的六方相或层状相等溶致液晶态。六方相或层状相等溶致液晶态。第24页/共27页Deyue Yan,Yongfang Zhou,Jian Hou,Science,2004,303,65-67第25页/共27页总结总结基本问题：基本问题：1.1.理解高分子共混物的相容性理解高分子共混物的相容性习题：习题：P101:1,2第26页/共27页感谢您的观看。感谢您的观看。第27页/共27页