聚合物共混改性原理与应用4

聚合物共混改性原理与应用 第5章共混物的相容热力学和相界面 相容性 热力学相容 Gm 0 溶混性 单一的Tg广义的相容性 5 1共混物相容热力学 式中为混合的吉布斯 Gibbs 自由能 为混合焓 为混合熵 T为热力学温度 只有 Gm 0时 混合才能自发进行 热力学相容的必要条件 Gm 0 共混体系的混合吉布斯自由能 相分离行为与均相结构稳定性的条件 通过改变温度和组成获得的相图 共混体系的相图 共混体系发生相分离行为的边界曲线 方块在桌子上的四种稳定态 凹面向上 的 Gm对x曲线 凹面向下 的 Gm对x曲线 a c 兼有 凹面向上 和 凹面向下 的曲线 二元共混体系的 Gm对x关系曲线与相图 由于聚合物之间的混合熵很小 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 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 Flory Huggins模型与相关参数 单位体积的混合吉布斯自由能可以采用如下的表示式 能量变化的贡献 混合熵效应的贡献 聚合物相对分子质量很大 混合熵的数值很小 二元相互作用能密度B 两种聚合物 大分子间 的相互作用 B参数的临界值Bcrit 共混体系为热力学相容体系 应满足B Bcrit 共混体系发生相分离的临界状态 影响热力学相容性的因素 大分子间的相互作用 相对分子质量 共混组分的配比 温度 聚集态结构 影响高分子相容性的主要因素 分子间相互作用 1 氢键 2 电荷转移作用 3 离子间作用 4 共价键作用 SO3H H2N SO3 H3N COOH HO COO 聚合物分子量对混合自由能变化的影响 相容性的判定 二元相互作用模型溶解度参数 二元相互作用模型原理 将大分子间的相互作用细分为不同组分的重复单元之间相互作用的加和 进而探讨相应的能量变化 Bij 表征大分子间不同组分之间的相互作用 B 表征两种聚合物的总的相互作用能 是Bij的加和 方法 理论推导 实验测试数据 作用 BijB Hm Gm相容性 设计新的相容的共混体系的聚合物分子结构 二元相互作用模型 均聚物 均聚物的共混物 含共聚物的共混物 难以用实验数据估算B参数 二元相互作用模型的运用理论推导 Bij的表达式实验测试 计算Bij 均聚物 共聚物 有一个共有成分 均聚物 共聚物 无共有成分 共聚物 共聚物的共混体系 均聚物 共聚物 有一个共有成分 均聚物 共聚物 无共有成分 溶解度参数法溶解度参数 内聚能密度的平方根 内聚能密度 单位体积的内聚能 内聚能 消除1摩尔物质全部分子间作用力所需的能量 表征物质分子间作用力强弱 将溶解度参数用于判定两种聚合物之间的热力学相容性 5 2相容性的实验研究方法 玻璃化转变温度法绘制相图的方法其它方法 动态力学性能测试法示差扫描量热法 DSC 浊点法反相色谱法 红外光谱法电镜法黏度法 示差扫描量热法 DSC 玻璃化转变法 动态力学法 示差扫描量热法 DSC 绘制相图的方法 浊点法反相色谱法 各种分子量聚异丁烯 聚苯乙烯混合物的浊点 C P 曲线 浊点法 反相色谱法 其它方法 用红外光谱研究聚合物共混体系相容性PPE PS A 共混物的IR谱 B PPE的IR谱 C PS的IR谱 A B C 差谱 A 纯PCL B C D 分别为PVC PCLmole比1 1 3 1 5 1的共混物的羰基伸缩振动现象 PVC含量增加 峰位向低频移动 峰宽增大 5 3共混物的相界面 表面张力与界面张力表面与界面表 界 面张力与表 界 面自由能 聚合物表面张力的测定 聚合物表面张力的相关因素 与温度的关系 与聚合物物态的关系 与相对分子质量的关系 与内聚能密度及溶解度参数的关系 与相对分子质量的关系 聚合物表面张力与内聚能密度及溶解度参数的关系 聚合物的表面张力是随溶解度参数的增大而增大的 聚合物 聚合物两相体系的界面张力 界面层与界面作用 界面层的结构 界面层厚度的计算 界面层厚度与相容性有关 相容性好的 界面层较厚 界面作用理论 两相之间有化学键连接 嵌段 接枝共聚物聚合物大分子间的相互作用 范德华力 氢键等 机械法共混物 界面张力 界面层厚度与相容性的关系 相界面的效应 力的传递效应 光学效应 诱导效应其它效应 声学 电学 热学效应 相界面的研究方法理论模型 实验数据法直接的实验研究方法 5 4相容剂 作用机理 富集在两相界面处 改善两相之间的界面结合 促进分散相组分在共混