第二讲 化学改性

化学改性的原理化学改性是指通过化学反应或物理处理等手段对材料进行结构或性质的改变，以提高材料性能或满足特定需求的一种技术。

化学改性的原理主要是通过改变材料的分子结构或组成，以改变材料的力学、热学、电学、光学等性质。

化学改性的原理包括三个方面：改变化学键的断裂和形成、改变官能团的种类和密度、改变分子链的长度和排列方式。

首先，通过改变化学键的断裂和形成，可以引入新的官能团或改变分子的化学键的性质。

例如，通过酯化反应可以将羧酸官能团引入到聚合物分子链中，从而使之变得可溶于溶剂或增强其热稳定性。

而通过加成反应则可以引入新的官能团，改变材料的物理性质，例如，在橡胶中引入双键可以提高其硬度和抗张强度。

其次，改变官能团的种类和密度可以改变材料的性质。

例如，在聚乙烯中引入不同官能团，如氨基、羟基等，可以增强其附着力和耐磨性。

而通过引入不同密度的官能团，可以控制材料的力学性能和热学性能。

最后，改变分子链的长度和排列方式也可以改变材料的性质。

例如，在聚合物中通过改变链段长度可以控制材料的熔点和结晶性能，从而影响材料的热学性质。

而通过改变分子链的排列方式，如无规共聚和均聚等，可以改变材料的透明度和强度。

除了以上三个方面，化学改性还可以通过材料的交联、共振和共聚等手段实现。

交联是指通过化学反应在聚合物分子链之间形成键连接，从而提高材料的强度和热稳定性。

共振是指通过选择性改变材料中特定官能团的结构，从而改变材料的光学性能。

而共聚则是指通过聚合反应引入不同的单体，使得材料的性质具有杂化效应，如刚韧平衡和自修复性。

总的来说，化学改性的原理是通过改变材料的分子结构或组成，以改变材料的性能。

通过改变化学键的断裂和形成、改变官能团的种类和密度、改变分子链的长度和排列方式等方式，可以实现对材料力学、热学、电学、光学等性质的调控。

同时，还可以通过交联、共振和共聚等手段对材料进行改性，以满足不同的需求。

化学改性在材料科学中起着重要的作用，为材料的研发和应用提供了有力支撑。

高分子材料改性（Modification of Polymeric Materials）（讲稿）第一讲第一章聚合物的化学改性什么是聚合物化学改性？聚合物化学反应的基本类型：聚合物与低分子化合物的反应、聚合物的相似转变、聚合物的降解与交联、聚合物大分子间的反应。

聚合物化学反应的作用：改变结构、提高性能，合成新的聚合物，扩大应用范围，在理论上研究和验证高分子的结构研究影响老化的因素和性能变化之间的关系，研究高分子的降解，有利于废聚合物的处理第一节聚合物的熔融态化学1.1 聚合物熔融态化学的研究目的与任务1.1.1 研究目的聚合物熔融态化学的研究目的是促进高分子材料行品种的开发、优化高分子材料的性能、提高材料的质量、推动新的成型加工技术的发展。

1.1.2 研究任务（1）为高分子材料的化学改性和通用聚合物的高性能化提供理论基础；（2）其次为多相复合材料界面相容性问题的解决提供思路；（3）为功能性高分子的开发提供理论基础；（4）创新高分子材料成型加工技术1.2 熔融态化学反应1.2.1 高分子化学反应的分类聚合度基本不变的反应：侧基和端基变化（相似转变）（聚合度相似转变：聚合物与低分子化合物作用，仅限于基团转变，聚合度基本不变的反应，称相似转变）聚合度变大的反应：交联、接枝、嵌段、扩链聚合度变小的反应：降解，解聚1.2.2 高分子化学反应的特点高分子官能团可以起各种化学反应，由于高分子存在链结构、聚集态结构，官能团反应具有特殊性。

1. 反应产物的不均匀性高分子链上的官能团很难全部起反应一个高分子链上就含有未反应和反应后的多种不同基团，类似共聚产物 例如聚丙烯腈水解:1.3 熔融态化学反应的应用 1.3.1 聚合度相似的化学转变 (1)聚酯酸乙烯酯的醇解 聚乙烯醇只能从聚酯酸乙烯酯的水解得到 聚乙烯醇缩醛化反应可得到重要的高分子产品(2) 以苯乙烯－二乙烯苯共聚物为母体的离子交换树脂，是芳环取代反应的典型例子CH 2 CH3CH 3OH CHSOC-SNa RCH OCH 2CH 2 CH CHOH CH CH 2 CH O 22NR 3Cl+23OH31.3.2聚合度变大的反应以交联反应为例。

化学改性和物理改性由于PVC树脂存在着成型加工性能差，如熔体粘度大，流动性不好、热稳定性低、简单造成分解等；又PVC制品耐老化性差、易变脆、变硬、龟裂、韧性不好、耐寒性不佳等，所以一般要进行改性聚氯乙烯，来弥补上述缺点。

改性PVC的方法有两条途径。

*条途径为化学改性，第二条途径为物理改性。

化学改性其中分为共聚改性，即让氯乙烯单体和其他单体进行共聚反应，例如和醋酸乙烯、偏二氯乙烯，丙烯腈、丙烯酸酯、马来酸酯等单体共聚，以此提高成型加工性能，或使成型温度降低，或开拓新的用途，或作为新型材料显现。

另一种化学改性是在PVC侧链上引入另外的单体基团，或另一种聚合物，进行接枝反应。

例如乙一烯醋酸乙烯与氯乙烯进行接枝，掌控氯乙烯接枝的数量及聚合度，以此改善这种改性材料的冲击性能、低温脆性、老化性等。

还有一种化学改性是将PVC用水相悬浮法（或气相法），进行氯化，使氯含量由原来的57%提高到65%左右，这样改性的目的在于提高PVC的耐热性，使用温度比原来的PVC高出35—40℃,称之为氯化聚氯乙烯（CPVC）。

CPVC的密度比PVC大，为1.7克/立方厘米，阻燃性能优于PVC,拉伸强度也优于PVC，缺点是冲击强度低。

CPVC的成型加工性能难，其成型温度比PVC高10—20℃；温度调整范围窄，稳定剂用量比PVC多1—2倍，润滑剂用量也比PVC多。

CPVC可用挤出法、注射法、压延法生产制品。

CPVC可用于管材、板材、型材、发泡材料、粘合剂、涂料、改性剂等。

改性PVC的第二条途径是物理改性，即通过添加各种助剂或是进行填充、共混、加强来改善其性能的。

例如添加ACR来改善PVC物料的成型加工性能，添加内外润滑剂或聚乙烯蜡来改善物料的粘度、流动性等，添加热稳定剂，提高物料在成型加工时的热稳定性，降低其分解温度；添加抗氧剂、抗紫外线剂以提高制品的耐老化寿命，添加增塑剂提高物料的塑化性能，加添制品的柔嫩度等。

填充改性是通过加入无机或有机填充剂（填料）来改善某些性能。

化学催化剂的制备与改性催化剂在化学反应中起着至关重要的作用，它们可以降低活化能并加速反应速率。

为了满足不同反应的需求，科学家们不断研发出各种新型的催化剂，并通过改性来提高其催化性能。

本文将介绍化学催化剂的制备方法以及常见的改性技术。

一、化学催化剂的制备化学催化剂的制备主要包括沉淀法、溶胶-凝胶法、共沉淀法等。

其中，沉淀法是一种较为简单的制备方法，通过控制反应条件，使溶液中的金属盐发生沉淀反应，沉淀物经过洗涤和干燥后即可得到催化剂。

溶胶-凝胶法则是一种制备高纯度催化剂的方法，通过溶液中胶体的凝胶过程形成催化剂。

共沉淀法则是将多种金属盐溶解在同一溶液中，通过调节反应条件使金属离子发生共沉淀反应，从而制备复合催化剂。

二、改性技术1. 共沉淀法改性共沉淀法不仅可以制备新型催化剂，还可以通过改变共沉淀反应的条件来调控催化剂的孔径和比表面积。

例如，在共沉淀反应中加入表面活性剂或模板剂，可形成具有有序孔道结构的催化剂。

此外，还可以在共沉淀过程中控制添加剂的浓度和配比，从而改变催化剂的物相结构和晶粒大小。

2. 担载法改性担载法是将活性组分负载在惰性载体上的一种改性技术。

通过选择适当的载体，可以提高催化剂的分散度和稳定性。

常用的载体材料有氧化铝、硅胶、分子筛等。

在担载过程中，可以通过调控载体的孔隙结构和表面官能团的性质，来改变催化剂的吸附能力和活性位点密度，从而提高催化剂的催化性能。

3. 合金化改性合金化是一种常见的催化剂改性技术，通过将两种或多种金属元素混合形成合金催化剂，可以提高催化剂的活性和选择性。

合金催化剂常采用物理合成方法制备，如焙烧、溶液浸渍等。

合金化改性还可以通过调控合金催化剂的组分比例和晶格结构来调节催化剂的催化性能。

4. 表面修饰改性表面修饰是一种通过在催化剂表面修饰一层外壳来改变催化剂性能的方法。

常用的表面修饰材料有金属、金属氧化物、有机单分子层等。

表面修饰可以调控催化剂表面的电子结构和吸附性质，从而提高催化剂的催化活性和选择性。

化学材料的改性方法化学材料的改性是指通过对原有的化学材料进行化学、物理或生物等方面的处理，以改变其特性和性能的一种方法。

化学材料的改性可以改善材料的力学性能、热稳定性、导电性等特性，使其更适合于特定的应用领域。

本文将介绍一些常见的化学材料改性方法。

一、聚合物材料的改性方法聚合物材料是一类重要的化学材料，其改性方法较为多样，常见的改性方法有以下几种：1. 共聚改性：将两种或多种不同的单体进行共聚反应，生成具有新特性的聚合物。

例如，通过共聚改性可以调整聚合物的硬度、强度、透明度等性能。

2. 掺杂改性：将无机或有机物掺杂到聚合物基体中，以改变聚合物的性能。

例如，将导电材料掺杂到聚合物中，可以提高聚合物的导电性，使其具备导电功能。

3. 化学交联改性：通过引入交联剂，使聚合物发生交联反应，从而提高聚合物的热稳定性、力学性能等。

例如，将二烯类化合物用于交联改性可以增加聚合物的强度和耐热性。

4. 交联剂改性：在聚合物基体中加入交联剂，使其与聚合物发生交联反应，形成网络结构。

这样可以提高聚合物的强度、耐磨性和耐腐蚀性。

二、金属材料的改性方法金属材料是一类常用的结构材料，其改性方法可以通过以下几种途径实现：1. 合金化改性：将两种或多种金属元素按一定比例熔炼混合，形成新的合金材料。

合金化可以改变金属材料的硬度、强度、耐腐蚀性等性能。

2. 表面处理改性：通过对金属材料表面进行处理，如电镀、化学处理等，形成一层附着在金属表面的新材料，从而改善金属材料的耐腐蚀性、抗磨损性等性能。

3. 热处理改性：通过对金属材料进行加热或冷却处理，改变其组织结构和晶体状态，从而调整金属材料的硬度、韧性等性能。

4. 喷涂改性：将一种材料通过喷涂技术涂覆在金属材料表面，形成一层新的材料层。

喷涂改性可以提高金属材料的耐热性、耐腐蚀性等性能。

三、无机材料的改性方法无机材料是一类多种多样的化学材料，其改性方法包括以下几种：1. 表面改性：通过对无机材料表面进行处理，如溶液处理、离子注入等，形成新的表面层，从而改变无机材料的表面性能，如耐磨性、抗腐蚀性等。

材料表面改性方法及其对材料特性的影响材料表面改性作为一种重要的工艺方法，在各个领域中得到了广泛应用。

通过改变材料表面的属性，可以提高材料的性能、增强其适应性和延长其使用寿命。

本文将对材料表面改性的方法进行介绍，并讨论其对材料特性的影响。

一、材料表面改性方法1. 化学改性化学改性是指利用化学反应在材料表面形成新的化合物或增加特定的功能基团，以改变材料表面的性质。

这种方法可以在材料表面形成化学键，并通过重组原子和分子来改变材料的性能。

常见的化学改性方法包括表面涂覆、表面功能化修饰和表面共价交联等。

2. 物理改性物理改性是指通过物理手段改变材料表面的性质。

常见的物理改性方法包括物理气相沉积、物理吸附和表面重构等。

这些方法通过精确控制温度、压力和表面处理等条件，将材料的物理特性改变到所需的程度。

3. 等离子体改性等离子体改性是指利用等离子体在材料表面产生激发态物种，通过与材料表面相互作用，改变材料表面的性质。

等离子体改性方法包括等离子体溅射、等离子体聚合和等离子体改性复合材料等。

这些方法具有操作简便、生产效率高和对材料的适应性广等优点。

二、表面改性对材料特性的影响1. 表面能的改变材料的表面能决定了材料与其他物质之间的相互作用。

改变材料表面的化学组成和结构可以改变材料的表面能，从而影响其润湿性、粘附性和抗腐蚀性等特性。

例如，通过等离子体改性可以将不润湿材料转变为高润湿性材料，提高其表面润湿性。

2. 表面粗糙度的调控材料表面的粗糙度对其性能具有很大影响。

通过表面改性可以调控材料的表面粗糙度，从而影响其摩擦特性、光学性能和电子性能等。

例如，通过化学改性可以在材料表面形成微观结构，增加表面积和粗糙度，提高材料的摩擦性能。

3. 表面化学活性的提高材料的表面化学活性影响其与其他物质之间的反应性。

利用表面改性方法可以提高材料表面的化学活性，从而增强其吸附能力、催化性能和生物相容性等特性。

例如，通过表面共价交联可以使材料表面形成新的活性基团，增强材料的化学反应活性。

化学材料改性随着科技的不断发展，化学材料在各个领域发挥着至关重要的作用。

然而，现有的化学材料在某些性能上存在局限，无法完全满足实际需求。

为了克服这些问题，人们开始采用改性技术来改善化学材料的性能。

本文将探讨化学材料改性的意义、方法和应用。

一、化学材料改性的意义化学材料改性是指通过改变材料的组成、结构或性质来改善其性能的过程。

这一过程具有重要的意义，主要体现在以下几个方面。

首先，化学材料改性可以提高材料的机械性能。

在工程应用中，材料的强度、韧性、硬度等机械性能是至关重要的指标。

通过改性技术，可以使材料具有更高的强度和更好的耐磨性，提高材料的使用寿命。

其次，化学材料改性可以改善材料的热学性能。

在高温环境下，普通的材料可能会出现热膨胀、热稳定性差等问题。

通过改性技术，可以增强材料的热稳定性，提高其在高温环境下的性能表现。

此外，化学材料改性也可以提升材料的化学稳定性和耐腐蚀性。

在一些特殊的工作环境下，如酸碱性强、氧化性高等条件下，普通材料常常无法满足要求。

通过改性技术，可以使材料具有更好的耐腐蚀性和化学稳定性，以适应不同的工作环境。

二、化学材料改性的方法化学材料改性的方法多种多样，根据具体应用需求的不同，选择合适的改性方法可以取得更好的效果。

以下是一些常见的化学材料改性方法。

1. 添加剂改性：通过向材料中加入特定的添加剂或填料，来改变材料的性质。

例如，在聚合物材料中加入增韧剂可以提高其韧性；在橡胶中加入填料可以提高其强度和硬度。

2. 表面改性：通过在材料表面形成一层特殊的涂层或薄膜，来改变材料的表面性质。

例如，将金属材料进行镀层可以提高其耐腐蚀性；将塑料材料进行表面涂覆可以增加其光滑度和耐磨性。

3. 化学反应改性：通过对材料进行化学反应，改变其分子结构和性质。

例如，聚合反应可以将单体聚合成高分子材料；酯化反应可以在聚酯材料中引入新的官能团。

4. 物理处理改性：通过物理手段改变材料的结构和性能。

例如，高温处理可以使金属材料晶粒细化，提高其强度；辐照可以改变聚合物的交联度和热性能。

化学改性名词解释
改性是通过物理和化学手段改变材料物质形态或性质
的方法。

物理改性是在基体中加入其它的填料，如有机材料、无机材料、橡胶品种、热塑性弹性体、其它塑料品种，或一些添加助剂，通过混合、混炼的方法而制成的性能突出的改性材料。

化学改性通过化学反应改变聚合物的物理、化学性质。

改性化学变化
化学变化在生产和生活中普遍存在。

如铁的生锈、节日的焰火、酸碱中和等等。

宏观上可以看到各种化学变化都产生了新物质，这是化学变化的特征。

从微观上可以理解化学变化的实质：化学反应前后原子的种类、个数没有变化，仅仅是原子与原子之间的结合方式发生了改变。

例如对于分子构成的物质来说，就是原子重新组合成新物质的分子。

物质的化学性质需要通过物质发生化学变化才能表现出来，因此可以利用使物质发生化学反应的方法来研究物质的化学性质，制取新的物质。

化学变化常伴有光、热、气体、沉淀产生或颜色气味改变等表现现象发生，可以参照这些现象来判断有无化学反应发生。

但要注意跟物理变化的区别。

物理变化也常伴有发光（电灯）、放热（摩擦）、放出气体（启开汽水瓶盖）、颜
色变化（氧气变成液氧）等现象发生，只是没有新物质生成，这是物理变化与化学变化的根本区别。

根据反应物、生成物种类不同可以把化学反应分为化合、分解、置换和复分解4种基本类型。

也可以从其他角度给化学反应分类，如分成氧化还原反应与非氧化还原反应；吸热反应与放热反应等等。

物体在化学变化中表现出来的性质是化学性质。