第二章__聚合物之间的相容性
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聚合物相容性的表征和测定聚合物共混物是指两种或两种以上聚合物的混合物,正如合金一样,共混高聚物可以使材料得到单一的等聚物所不具有的性能,因此其合成具有很重要的意义。
聚合物之间的相容性是选择适宜共混方法的重要依据,也是决定共混物形态结构和性能的关键因素。
以下就聚合物之间相容性的基本特点,相容性的表征参数和测定方法进行简单的阐述。
从热力学角度来看,聚合物的相容性就是聚合物之间的相互溶解性,是指两种聚合物形成均相体系的能力。
若两种聚合物可以任意比例形成分子水平均匀的均相体系,则是完全相容;如硝基纤维素-聚丙烯酸的甲脂体系。
若是两种聚合物仅在一定的组成范围内才能形成稳定的均相体系,则是部分相容。
如部分相容性很小,则为不相容,如聚苯乙烯-聚丁二烯体系。
相容与否决定于混合物的混合过程中的自由能变化是否小于0。
即要求△G=△H-T△S<0.对于聚合物的混合,由于高分子的分子量很大,混合时熵的变化很小,而高分子-高分子混合过程一般都是吸热过程,即△H为正值,因此要满足△G<0是困难的。
△G往往是正的,因而绝大多数共混高聚物都不能达到分子水平的混合,或者是不相容的,形成非均相体系。
但共混高聚物在某一温度范围内能相容,像高分子溶液一样,有溶解度曲线,具有最高临界相容温度(UCST)和最低临界相容温度(LCST),这与小分子共存体系存在最低沸点和最高沸点类似。
大部分聚合物共混体系具有最低临界相容温度,这是聚合物之间相容性的一个重要特点。
还应指出,聚合物之间的相容性还与分子量的分布有关。
一般,平均分子量越大,聚合物之间的相容性就越小。
以上定性地描述了影响相容性的一些因素,那么在实际中如何判断聚合物之间的相容性呢?最常用的判据是溶度参数和Huggins-Flory相互作用参数。
聚合物合金作为一种多组分复合体,各组分间的相容性以及如何改善组分间的相容性是聚合物合金研究的重点内容,众所周知,大多数聚合物之间是不相容或部分相容的,聚合物合金是多相结构体系,多相结构体系中,相形态结构和界面性质在某种程度上反映了合金中各组分间的相容性程度,而相容性好坏与合金性能有着密切关系。
高分子材料成型加工Chapter2-10课后习题答案(仅供参考)Chapter2高分子材料学1.分别区分“通用塑料”和“工程塑料”、“热塑性塑料”和“热固性塑料”,并请各举2、3 例。
答:通用塑料:一般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。
通用塑料有PE、PP、PVC、PS 等工程塑料是指拉伸强度大于50MPa冲击强度大于6kJ/m2 ,长期耐热温度超过100℃,刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀等可代替金属用作结构件的塑料。
工程塑料有PA、PET、PBT、POM等。
热塑性塑料:加热时变软以至流动,冷却变硬。
这种过程是可逆的、可以反复进行。
如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚砜、聚苯醚好和氯化聚醚等都是热塑性塑料。
热固性塑料:第一次加热时可以软化流动,加热到一定温度,产生化学反应一交链固化而变硬,这种变化是不可逆的。
此后,再次加热时,已不能再变软流动了。
正是借助这种特性进行成型加工,利用第一次加热时的塑化流动在压力下充满型腔,进而固化成为确定形状和尺寸的制品。
这种材料称为热固性塑料。
酚醛、脲醛、三聚氰胺甲醛、不饱和聚酯、有机硅等塑料都是热固性塑料。
2. 什么是聚合物的结晶和取向?它们有何不同?研究结晶和取向对高分子材料加工有何实际意义?聚合物的结晶:高聚物发生的分子链在三维空间形成局部区域的、高度有序的排列的过程。
聚合物的取向:高聚物的分子链沿某特定方向作优势的平行排列的过程。
包括分子链、链段和结晶高聚物的晶片、晶带沿特定方向择优排列。
不同之处:(1)高分子的结晶属于高分子的一个物理特性,不是所有的高聚物都会结晶,而所有的高聚物都可以在合适的条件下发生取向。
(2)结晶是某些局部区域内分子链在三维空间的规整排列,而取向一般是在一定程度上的一维或二维有序,是在外力作用下整个分子链沿特定方向发生较为规整排列。
(3)结晶是在分子链内部和分子链之间的相互作用下发生的,外部作用也可以对结晶产生一定的影响;取向一般是在外力作用和环境中发生的,没有外力的作用,取向一般不会内部产生。
精细化工工艺学的习题和答案精细化工第一章为绪论1、简述精细化工的特点。
多品种、小批量、技术密集度高、综合生产流程和多功能生产装置、大量采用复配技术、投资少、附加值高、利润大。
2.术语说明:精制率:精细化工产值占化工总产值的比例。
3.术语解释:特殊化学品:具有特定用途的功能性化学产品。
第二章表面活性剂1.表面张力是一种能引起液体表面自动收缩的力,单位为Mn/m。
□2、名词解释:表面张力:垂直作用于液体表面单位长度与液面相切,使表面收缩的力。
3、表面张力是液体本身所具有的基本性质,温度升高,表面张力不变。
(×)4、表面张力反映了物质分子间作用力强弱,作用力越大,表面张力也就越大。
(√)5、在常温常压下,乙醇、水银、水几种液体其表面张力大小排序为:水银>水>乙醇。
6、具有表面活性的物质都是表面活性剂。
(×)7、名词解释:表面活性剂表面活性剂是一种能吸附在表面(边界)上的物质。
当添加量很少时,它可以显著改变表面(边界)的物理化学性质(包括表面张力),从而产生一系列应用功能(如润湿、乳化、破乳、发泡、消泡、分散、絮凝、增溶等)。
8.表面活性剂的结构以其亲脂性、亲水性和两亲性结构为特征。
9、表面活性剂按照亲水基团在水中能否解离分为离子型表面活性剂和非离子型表明活性剂。
10、根据表面活性剂解离后所带电荷类型分为:阳离子、阴离子、两性离子表面活性剂。
11、简述表面活性剂降低水表面张力的原理。
表面活性剂加入水中后,由于其亲水性和亲油性结构,它会吸附在水的表面上,产生一定程度的定向排列:亲油性基团面对疏水性空气,亲水性基团面对水,使原来的水/气界面变成表面活性剂/气界面,从而降低表面张力。
12.描述胶束的结构。
胶束是表面活性剂在水中形成的一种自聚体结构。
这种结构表现为:表面活性剂的亲油基朝内聚居在一起形成一个疏水的内核,亲水基朝外形成一个亲水的外壳。
表面活性剂的这种结构使得表面活性剂能够稳定的存在于水中。
_⾼分⼦物理课后习题答案(详解)⾼分⼦物理答案详解(第三版)第1章⾼分⼦的链结构1.写出聚氯丁⼆烯的各种可能构型。
等。
2.构象与构型有何区别?聚丙烯分⼦链中碳—碳单键是可以旋转的,通过单键的内旋转是否可以使全同⽴构聚丙烯变为间同⽴构聚丙烯?为什么?答:(1)区别:构象是由于单键的内旋转⽽产⽣的分⼦中原⼦在空间位置上的变化,⽽构型则是分⼦中由化学键所固定的原⼦在空间的排列;构象的改变不需打破化学键,⽽构型的改变必须断裂化学键。
(2)不能,碳-碳单键的旋转只能改变构象,却没有断裂化学键,所以不能改变构型,⽽全同⽴构聚丙烯与间同⽴构聚丙烯是不同的构型。
3.为什么等规⽴构聚苯⼄烯分⼦链在晶体中呈31螺旋构象,⽽间规⽴构聚氯⼄烯分⼦链在晶体中呈平⾯锯齿构象?答(1)由于等归⽴构聚苯⼄烯的两个苯环距离⽐其范德华半径总和⼩,产⽣排斥作⽤,使平⾯锯齿形(…ttt…)构象极不稳定,必须通过C-C键的旋转,形成31螺旋构象,才能满⾜晶体分⼦链构象能最低原则。
(2)由于间规聚氯⼄烯的氯取代基分得较开,相互间距离⽐范德华半径⼤,所以平⾯锯齿形构象是能量最低的构象。
4.哪些参数可以表征⾼分⼦链的柔顺性?如何表征?答:(1)空间位阻参数(或称刚性因⼦)σ,σ值愈⼤,柔顺性愈差;(2)特征⽐Cn,Cn值越⼩,链的柔顺性越好;(3)连段长度b,b值愈⼩,链愈柔顺。
5.聚⼄烯分⼦链上没有侧基,内旋转位能不⼤,柔顺性好。
该聚合物为什么室温下为塑料⽽不是橡胶?答:这是由于聚⼄烯分⼦对称性好,容易结晶,从⽽失去弹性,因⽽在室温下为塑料⽽不是橡胶。
8.某单烯类聚合物的聚合度为104,试估算分⼦链完全伸展时的长度是其均⽅根末端距的多少倍?(假定该分⼦链为⾃由旋转链。
)答:81.6倍9.⽆规聚丙烯在环⼰烷或甲苯中、30℃时测得的空间位阻参数(即刚性因⼦)δ=1.76,试计算其等效⾃由连接链长度b(已知碳—碳键长为0.154nm,键⾓为109.5°)。
第二章共混改性基本原理2.0本章介绍概述共混组分的相容性(重点)掌握聚合物之间相容性的基本概念、改进相容性的方法,了解相容性理论、相容性的表征方法。
聚合物共混物的形态(重点、难点)掌握聚合物共混物形态结构的基本类型、相界面结构、相容性和混合加工方法对形态结构的影响以及形态结构的主要测定方法。
了解控制聚合物共混物的结构与性能控制的基本途径。
共混物的性能(重点)共混物制备方法(重点)、原理(重点)与设备(自学)2.1概述2.1.1相关概念聚合物共混聚合物共混(Polymer blend):是指两种或两种以上均聚物或共聚物混合制成宏观均匀物质的过程。
共混产物称为聚合物共混物。
高分子合金是指含多种组分的聚合物均相或多相体系,包括聚合物共混物、嵌段和接枝共聚物,而且一般言,高分子合金具有较高的力学性能。
其形态结构为微观非均相或均相。
高分子合金不能简单等同于聚合物共混物。
相容性相容性(Miscibility):是指共混无各组分彼此相互容纳,形成宏观均匀材料的能力。
互溶性互溶性(solubility):指可以达到分子级混合的共混物。
因聚合物材料结构特征限制,要达到完全分子级的混合难以实现,因此其应用不多。
混溶性混溶性(compatibility):以是否能获得比较均匀和稳定的形态结构的共混体系为判据,而不论共混体系是否热力学相互溶解。
反应性共混体系反应性共混体系:是指在不相容或相容性较差的共混体系中加入(或就地形成)反应性聚合物,在混合过程中(例如挤出过程)与共混聚合物的官能团之间在相界面上发生反应,使体系相容性得到改善,起到增容剂的作用的体系。
2.1.2共混的特点与意义许多天然和合成的聚合物是经改性才能达到工业应用性能的.综合、均衡各聚合物组分的性能、提高使用档次,如ABS兼有PS的光泽和易成型性;PAN的刚性、耐油性、耐化学性和优良的力学性能;聚丁二烯的弹性和抗冲击性。
投资少、效益高。
品种繁多、可制备功能化高分子材料。
聚合物共混及性能的基本原理聚合物共混物的相容性背景•当今合成聚合物己成为实际应用中不可缺少的一类重要材料。
但是,社会发展对聚合物材料提出了日益广泛和苛刻的要求。
例如,既耐高温又易于加工成型,既有卓越的韧性又有较高的硬度,不仅性能良好而且价格低廉等。
单一的聚合物往往难以满足多种多样的要求。
•为获得综合性能优异的聚合物材料,除了继续研制合成新型聚合物外,已有聚合物的共混改性已成为发展聚合物材料的一种卓有成效的途径,近年来越来越引起兴趣和重视。
•新型聚合物的研发成本往往达到聚合物共混物的近百倍,而且一些聚合物共混物的性能也远非单一聚合物可比拟。
聚合物共混物概念聚合物共混物(Polymer blend)是指两种或两种以上均聚物或共聚物的混合物,聚合物共混物中各聚合物组分之间主要是物理结合,因此聚合物共混物与共聚高分子是有区别的。
但是,在聚合物共混物中,不同聚合物链之间难免有少量化学键存在。
例如在强剪切力作用下使得聚合物链断裂,产生大分子自由基,从而形成少量嵌段或接枝共聚物。
此外,为强化参与共混的聚合物组分之间的界面粘接而采用的反应增容措施,也必然会在组分之间引入化学键。
聚合物共混物的研究开始于1912年的橡胶增韧聚苯乙烯。
此后,有关聚合物共混物的研究取得许多重大成果,可以认为是该领域发展的里程碑。
•以高抗冲聚苯乙烯(HIPS)为代表的增韧塑料的生产及其增韧机理的阐明;•以三元乙丙橡胶(EPDM)/PP为代表的热塑性弹性体的开发;•微相分离理论的成功以及对于相容高分子合金体系中特殊相互作用和分子内相互排斥作用的研究进展。
•聚合物共混物的研究呈现出在共混过程中对材料的相形态进行控制的趋势,因为决定新材料性能的关键因素是共混物中的形态结构。
•聚合物共混物的形态控制主要由热力学和动力学两方面的因素决定。
•作为热力学因素的聚合物共混物中各组分之间的相容性是关键因素。
•相容性是聚合物共混体系相行为研究的首要的基本问题,不同聚合物相容性的热力学原因是聚合物物理学者探索的目标之一。