聚合物共混改性原理与应用

聚合物共混改性原理与应用乔辉[e-mail]2010-9-6参考书聚合物共混改性原理与应用王国全中国轻工业出版社聚合物改性王国全中国轻工业出版社第一章绪论1.1聚合物共混发展概述1.2聚合物共混的优势1.3聚合物共混的应用与研究1.1聚合物共混发展概述共混涵盖范围物理共混物理/化学共混聚合物/无机填充体系短纤维增强聚合物体系发展概况理论概貌发展概况几个重要的里程碑事件：1942年，采用机械熔融共混法将NBR掺和于PVC之中，制成了分散均匀的共混物。这是第一个实现了工业化生产的聚合物共混物。1948年，HIPS1948年，机械共混法ABS问世，聚合物共混工艺获得重大进展。二者可称为高分子合金系统研究开发的起点。1960年，PPO/PS，加工性好，相容性好，1965年实现工业化应用。PPO是使用综合性能良好的工程塑料，缺点是熔体流动性差，成型温度高，制品易产生应力开裂。与PS良好的相容性，可以任意比例共混，改善PPO的加工性。1964年，Kato研究成功OsO4电镜染色技术，使得可用透射电镜直接观察到共混物的形态，这一实验技术大大促进了聚合物改性科学理论和实践的发展，堪称聚合物发展史上重要的里程碑。1975年，美国Dupont公司开发了超韧尼龙(缺口冲击强度大于50kJ/m2)。这种材料是PA与聚烯烃或橡胶的共混物，大幅度提高了PA的冲击强度。PC/ABS合金是最早实现了工业化的PC合金POM/TPUDupont公司开发的Derlin100ST（S表示超级，T表示赠韧），悬臂梁冲击强度提高8倍，达到907J/m。PETPBT增韧改性纳米粒子/聚合物复合材料近年来，开发成功的聚合物改性体系不胜枚举。举例：尼龙/MBS/纳米硫酸钡共混体系冲击强度KJ/m2PA4.2PA/MBS10.7PA/MBS/相容剂57.9PA/MBS/相容剂/纳米BaSO485.9理论概貌微观形态结构要素相容热力学理论基础共混过程途径共混物性能围绕共混物性能这一核心，展开共混过程、共混物形态、相容热力学的讨论，就构成了共混理论的基本框架。共混物性能也有若干理论问题需要探讨，以增韧理论为例增韧理论的重要发展早期的增韧理论：开始于上世纪50年代ⅰ能量的直接吸收理论ⅱ次级转变温度理论ⅲ屈服膨胀理论ⅳ裂纹核心理论为银纹剪切带理论奠定基础20世纪70年代，增韧机理研究主要是对弹性体增韧脆性塑料体系的研究，最著名的增韧理论是银纹-剪切代理论。还有银纹支化理论和界面空洞理论80年代以来，则对韧性聚合物基体进行了研究。90年代以后，非弹性体（刚性有机粒子或刚性无机粒子）增韧机理的研究广泛开展起来，为高强度、高韧性新型材料的开发奠定了理论基础。新的测试技术及仪器高分辨率电子显微镜原子力显微镜激光共聚焦扫描显微镜X射线光电子能谱新材料不断涌现纳米材料的出现，使聚合物填充改性、增韧机理研究获得了新的发展，给材料领域带来了无限生机。高强、高模碳纤维、芳纶纤维的出现使纤维增强复合材料的性能提高到新的档次，其理论研究也上升到新的水平。如上所述，聚合物共混科学的发展中，新材料的涌现，共混理论的发展，实验技术的改进三者是相辅相成的。新材料的涌现为理论的发展不断提出新的课题，理论的发展反过来又指导了新材料的开发。而这一开发→研究→开发过程的循环必须有先进的实验技术与仪器设备做保证。电镜染色技术HIPS与ABSHIPS与ABS是接枝共聚改性的卓越范例。St与PB发生接枝共聚反应→HIPS与共混法相比的优点：①两组分混合的更加完全②界面结合更好显著提高了橡胶组分对基材的增韧能力。ABS的主要成分：以B为主链，St、AN为支链的接枝共聚物；SAN无规共聚物；未接枝的PB。包藏结构连续相是塑料分散相是橡胶↓塑料增韧分散相中又包含着塑料→橡胶补强总的结果：体系中分散相数量不少，保证诱发银纹、剪切带、吸收能量、终止银纹；但总橡胶含量不多，保证体系的刚性。得到了韧性好刚性也好的材料。WagnerandRobeson1970研究HIPS:6%PB(包裹着PS)→分散相体积分数达到22%橡胶超过15%，材料软化；6%的橡胶经过了PS的补强，以22%的体积分数分散在连续相中，使材料韧而强。HIPS中橡胶相体积含量对性能的影响（橡胶重量含量6%）橡胶相体积含量/%橡胶相Tg/℃拉伸模量/MPa冲击强度/J/cm断裂伸长/%6-1102.762.68312-952.4112.32022-871.9374.874530-551.0336.363478——0.5528.0281.2聚合物共混的优势通过共混，显著提高聚合物的性能。通过共混，在性能基本不变的前提下，降低材料的成本。通过共混，获取新的性能。共混与共聚的比较主要优势：简便易行，规模可大可小。而共聚产品规模大，成本高。共混为共聚提供思路，共聚产品还可进行共混HIPS:机械共混法接枝共聚法釜内共混——釜内合金化两种或两种以上聚合物同在一个聚合釜中完成其聚合过程，在聚合的同时也完成了共混。是近年来新问世的共混方法，是聚合方法与共混方法的结合共混为聚合物基新材料的开发提供平台例如:无机纳米粒子/聚合物复合材料原位聚合法插层法共混法共混法最容易实现大规模工业化生产。1.3聚合物共混的应用与研究1工业应用塑料领域：塑料增韧橡胶领域:橡胶补强功能材料：PVC门窗异型材汽车保险杠纳米复合材料PVC窗框异型材典型配方药品名称质量份数PVC树脂100有机锡稳定剂1.4增韧剂ACR6CaSt20.8OPE0.4加工助剂ACR0.7HSt0.3Wax0.8TiO24-8CaCO382理论研究界面的表征与特性共混体系分散过程共混对于性能的作用机理3应用基础研究高性能材料相容剂本课程特色共混理论体系为基础，同时注重共混理论的实际应用，力求促进聚合物共混基础研究与实际应用的结合。