高分子的多组分体系.ppt

第四章高分子的多组分体系 PolymerMixtures 高分子 高分子 高分子 溶剂 传统上 广义上 应用 粘合剂 涂料 溶液纺丝 增塑 共混 高分子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 本章讨论它们的聚集态结构和组分之间的相容性 为了扩展聚合物的适用性和改善它们的加工性能 除用共聚的方法外 还可以将两种或两种以上的聚合物按适当的比例 通过共混 以得到单一聚合物无法达到的性能的材料 叫高分子共混物 PolymerBlend 也称高分子合金 聚合物共混的目的 橡胶填充塑料 耐冲击性聚苯乙烯 HIPS 超韧尼龙 增韧PP 塑料填充橡胶 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 无须新单体或者合成新的聚合物 增强聚苯乙烯包含了能加强和改善阻隔性能的橡胶 不透明 易热塑成型 典型的包装应用有冷藏奶制品 增强聚苯乙烯的缺陷在于低温阻隔性差 高氧气透过率 易发生紫外光变质和耐油性 耐化学性差 奶容器对食品的保香性能也不好 HIPS抗冲击性及刚性高 有优良的尺寸稳定性 易于加工 近年来 某些高性能HIPS树脂 已开始代替工程塑料ABS在很多方面得到应用 HIPS树脂 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 可以制备一系列具有崭新性能的聚合物材料 4 1高分子共混物的相容性 1 热力学角度 指不同聚合物在分子尺度上的混容 2 相结构大小 两种聚合物混合时没有明显相分离 3 共混物性能 聚合物的共混物具有所希望的性质 衡量聚合物相容性的三种定义 聚合物共混物相容性概念 所谓聚合物之间的相容性 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 Compatibility 是指能得到具有良好物理 机械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 对部分相容的聚合物 聚合物体系 混合自由焓 组成曲线 与温度常存在复杂的关系 归纳起来有以下几种类型 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 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 有时 UCST和LCST会相互交叠 形成封闭的两相区 还有表现多重UCST及LCST的行为 二元聚合物共混体系的相图 海岛 结构 亚稳态极限分解 相结构相对比较均一 网络状 结构 网络状 结构 海岛 结构 查 共混物雾点 两种不相容聚合物分别交联形成网状结构并相互贯穿 由于网络相互贯穿的限制 不可能在大尺度上分相 事实上提高了相容性 IPN互穿网络结构 IPN结构的最大特点 是可以将热力学不相容的聚合物相混而形成至少在动力学上可以稳定的合金性质的物质 构成IPN结构的聚合物合金状态物质的各种聚合物本身均为连续相 相区一般为l0 l00nm 远远小于可见光的波长 故呈无色透明状 CDPolymerchain Proposeofthisstudy TransparenceCrystallizationSwellingMechanicalpropertiesBlendedwithanotherpolymer PHB PLLA As prepared 10equiv DMF 25 30h H OCH2CH2 nOH 5equiv NaH3 DMF 25 6h Na OCH2CH2 nONa PEO 1HNMR SynthesisofPEO epoxy SynthesisofEDA CD FT IR NH2 NH2 SynthesisofPEO gel NH2 NH2 H2O MeOH 1mL 4mL PEO gel PEO gel 0 5g 0 005g0 010g0 030g 80 24h EDA CDEDA CD PEO CDGel PEG CD1 PEG CD1 PEG CD6 PEG CD6 PEG CD2 PEG CD2 PEO CDGel PEG CD2 PEG CD6 PEG CD2 PEG CD6 Shapememory a b c H2O 20wt WetDry Wet Dry Wet Dry SynthesisofPLLA GEL NH2 NH2 H2O MeOH 1mL 10mL gel 0 170g 0 011g 80 3h EDA CD gel PLLA 50 24h PLLA GEL2 5 10 TensileTest 这种相结构使得两相的玻璃化转变区发生偏移并变宽 这种结构特征决定了它可能兼具良好的静态和动态的力学性能 以及较宽的使用温度范围 IPN不同于简单的共混 嵌段或接枝聚合物 在性能上IPN与上面三者的明显差异有两点 一是IPN在溶剂中溶胀但不能溶解 二是IPN不发生蠕变和流动 4 2多组分高分子的界面性质 4 3高分子嵌段共聚物熔体和溶液 4 3 1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 因此被称为微相分离 microphaseseparation 这些相结构微区在一定条件下进行适当处理后 如退火 力场和电场作用下 还可在宏观上排列成非常规整的类似晶格点阵的形态结构 这一特点在纳米技术和信息产业中有潜在的应用前景 嵌段共聚物中的微相分离 将两种聚合物用化学键连接起来 从而提高其相容性