高分子物理第4章高分子的多组分体系.ppt

高分子的多组分体系是指二元以上组分的共混聚合物和二元以上组分的共聚物 第四章高分子的多组分体系 共混聚合物 所谓共混聚合物 polymerblend 是通过简单的工艺过程把两种或两种以上的均聚物或共聚物或不同分子量 不同分子量分布的同种聚合物混合而成的聚合物材料 也称聚合物合金 通过共混可以获得原单一组分没有的一些新的综合性能 并且可通过混合组分的调配 调节各组分的相对含量 来获得适应所需性能的材料 共混与共聚的作用相类似 共混是通过物理的方法把不同性能的聚合物混合在一起 而共聚则是通过化学的方法把不同性能的聚合物链段连在一起 4 1高分子共混物的相容性 通过共混可带来多方面的好处 1 改善高分子材料的机械性能 2 提高耐老化性能 3 改善材料的加工性能 4 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 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 无实用价值 通过加入相容剂 增容剂 来提高聚合物共混的相容性 4 1高分子共混物的相容性 4 1高分子共混物的相容性 两组分相容 两组分不相容 两相共存线或相平衡线 4 1高分子共混物的相容性 假定NA个链段数为xA的高分子A和NB个链段数为xB的高分子B混合 二者的体积分数分别为和根据Flory晶格模型理论可知非晶高聚物的混合熵和混合焓分别为 共混高聚物相分离的热力学解释 混合自由能 可调节温度和浓度是 小于某临界值 c 使共混物的 FM变小而达到完全互溶 讨论 当T1 Tbn 分相温度 FM在任何组成下均小于零 因此 两种聚合物以任何比例互溶 讨论 当Tsp T2 Tbn Tsp亚稳极限温度 曲线出现两个极值和两个拐点 用表示存在一条唯一的共切线在自由能上同时产生的两个共切点 此时两共切点的化学位相等 此时尽管在整个组成范围内 FM 0 但并不任意比互溶 讨论 当T3 Tsp FM均大于零两种聚合物只有在很窄的浓度范围才能互溶 如果将一系列不同温度下的 FM对 曲线上满足相平衡的化学位相等条件的两个共切点位置连起来 即得到图中的实线 就是两相共存线 若将一系列拐点连起来 即得到图中的虚线 称为亚稳极限线 假定A和B两种高分子的分子量相等 xA xB x 则 c 2 x聚合物的x很大 故 c很小 因此很难满足 所以聚合物之间要完全互溶很少 例如共混物初始浓度为 0 当图中体系的初始温度为T1 Tbn时是互容的 体系的混合自由能 FM为负值 体系很稳定 不会分相 当初始温度升高到略高于两相共存线温度 即温度T2时 体系处在亚稳区 如果体系有微小变动则仍稳定 只有较大的浓度变化体系会分相 形成一种相分布在另一种相中的 海岛 结构 上述分相过程需克服成核位垒 被称为成核 生长 因为成核不分先后 故形成的相结构容易大小不均一 当初始温度升高到高于亚稳极限线温度 及T3时 则体系处于不稳区 开始时两相组成差别很小 无需大的热涨落 体系就会自发出现浓度周期波动 最后也分离成两相 但此时非 海岛 结构而是 网络状 的相分布在另一相中 这种分相过程称为亚稳极限分解 见图4 5b 形成的相结构相对比较均一 e p 用5 顺丁橡胶的PS溶液在搅拌下聚合而成的高抗冲聚苯乙烯HIPS颗粒状的 岛 是橡胶相 分散在连续的聚苯乙烯塑料相之 海 中 从较大的橡胶颗粒内部 还可能观察到包藏着许多聚苯乙烯 HIPS的海岛结构 共混高聚物的四种类型 1分散相软 橡胶 连续相硬 塑料 例如 橡胶增强塑料 ABS HIPS 2分散相硬 连续相软例如 热塑性弹性体 SBS 3分散相软 连续相软例如 天然橡胶与合成橡胶共混4分散相硬 连续相硬例如 PE改性PC 共混物的研究方法 4 3嵌段共聚物熔体与嵌段共聚物溶液 4 3 1嵌段共聚物的微相分离嵌段共聚物在一定温度下会发生相分离 由于嵌段间通过化学键连接 形成的平均相结构微区只有几十至几百纳米 与单个嵌段的尺寸差不多 发生微相分离的相转变温度被称为微相分离温度TMST或者有序 无序转变温度TODT 溶剂没有强选择性 普通高分子溶液溶剂有强选择性 在一定条件下 与溶剂作用强的嵌段与溶剂混合 另一嵌段与其它链上相似嵌段聚集 形成胶束 形成胶束的临界条件分别称为临界胶束浓度CMC和临界胶束温度CMT 4 3 2嵌段共聚物的溶液性质 嵌段