聚合物共混物的相容性
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聚合物共混物的相容性原则聚合物组分之间的共混改性,为达到改善性能的相应效果,往往需要加入相容体系。
一般来说,不同聚合物组分之间的共混需要的是相适应的相容性,从而制得相相之间结合力较强的多相结构的共混物。
了解与应用共混物体系之间的更好相容性,应考虑如下几个原则。
(1)溶解度参数相近原则聚合物之间的共混过程,实际上是分子链间相互扩散的过程,并受分子链之间作用的制约。
分子链间相互作用的大小,可以用溶解度参数来表示。
溶解度参数的符号为δ,其数值为单位体积内聚能密度的平方根。
不同组分之间的相容性好坏,也可以用溶解度参数δ之差来衡量,即δ越接近,其相容性越好。
如两种聚合物溶解度参数相近,其差值通常要<0.2,而两种聚合物溶解度参数之差>0.5时,不能以任意比例相容。
例如:PVC/NBR共混体系,PVC的溶解度参数δA为9.4~9.7,而NBR的溶解度参数δB为9.3~9.5,所以PVC与NBR 相容性良好;又如PS/PB共混体系,他们的溶解度参数之差>0.7,所以两者的相容性差。
PVC与PS的溶解度参数之差>1,所以两者基本不相容。
(2)极性相近原则聚合物之间共混体系的极性越相近,其相容性越好,即极性组分与极性组分、非极性组分与非极性组分都具有良好的相容性。
例如:PVC/EVA、PVC/NBR、PVC/ABS之间极性相近,所以其相容性好。
在考虑共混改性配方设计时,要了解聚合物之间相容性的基本原则:极性/极性≥非极性/非极性≥极性/非极性。
极性组分与非极性组分之间一般不相容,例如:PVC/PC、PVC/PS、PC/PS等。
极性相近原则也有些例外,例如:PVC/氯丁橡胶(CR)共混体系,其极性相近,但不相容;而PPO/PS两种极性不同的组分,相容性反而很好。
(3)结构相近原则聚合物共混体系中各组分的结构相似,则相容性就好,即两聚合物的结构越接近,其相容性越好。
所谓结构相近,是指各组分分子链中含有相同或相近的结构单元,例如:PA6与PA66分子链中都含有—CH2—、—CO—NH—,故有较好的相容性。
提高共混物相容性的方法学校名称:广东轻工职业技术学院院系名称:轻化工技术学院时间:2017年4月28日聚合物共混物通常为两相体系,相容性对共混物的性能影响很大,如果两种聚合物完全相容,则制得的共混物不会获得特殊的性能;如果两种聚合物相容性很差,则共混产生宏观的相分离,形成分层或剥离现象,降低了材料的强度和使用性能;若两种聚合物部分相容,则形成微观或亚微观的相分离结构,两相界面之间存在相互作用,形成过渡层,这时所获得的共混物往往会表现出独特的性能。
由此可见,在制备共混物时,形成微观或亚微观相分离是一个关键问题。
然而,能够具有良好的相容性并可以直接共混的体系是相当少的。
因此,大多数共混体系中都要采取一些措施来改善聚合物共混体系的相容性,也叫相容化,使之形成微观相分离。
提高共混体系相容性的方法有:利用聚合物分子链中官能团间的相互作用、改变分子链结构,加入相容剂、形成互穿网络、进行交联和改变共混工艺条件等。
1.对聚合物进行化学改性如果参加共混的聚合物分子链上含有某种可相互作用的官能团,它们之间的相容性必定好。
基于此原因,在共混改性技术中,常常采用向分子链引入极性基团的方法来改善聚合物的相容性,并收到较好的效果。
例如:聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)与聚乙烯醇、聚丙烯酸或聚丙烯酰胺等,由于分子键之间可以形成氢键、具有较好相容性。
又如:聚合物分子链上分别含有酸性和碱性基团,共混时可以产生质子转移,分子链间可生成离子键或配位键。
离子键的键能要强于氢键,所以聚合物之间相容性更好。
通过对高分子链的化学改性(如氯化、磺化等),就有可能明显改善共混体系的相容性。
如聚乙烯氯化形成氯化聚乙烯,就可以与聚甲基丙烯酸甲酯较好地相容。
其次,通过共聚的方法改变聚合物分子链结构,也是一种增加聚合物之间相容性的常用而有效的方法。
例如:聚苯乙烯是极性很弱的聚合物,一般很难与其它聚合物相容,但苯乙烯与丙烯腈的共聚物SAN,由于改变了分子中的链结构,就可与聚碳酸酯、聚氯乙烯和聚砜等许多聚合物共混相容。
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。
聚合物共混改性原理及应用相容性是指不同聚合物在分子水平上能够形成均匀溶解的混合物。
相容性的实现是通过聚合物链间的相互作用力来实现的,例如氢键、范德华力、亲疏水性等。
当两种聚合物的化学结构相似,或者它们之间存在一定的亲和性时,容易形成相容的聚合物体系。
协同效应是指两种或多种聚合物在配比合适的情况下,相互作用使性能超出预期的效果。
例如,在共混聚合物中,一种聚合物的强度和另一种聚合物的韧性相结合,能够获得既强又韧的材料。
协同效应的实现主要通过共混聚合物在分子水平上的相互作用实现,例如链间的缠绕、交联和阻碍等。
1.塑料制品:将不同聚合物进行共混改性,可以获得具有良好韧性、耐热性、耐寒性和耐化学腐蚀性的塑料制品。
共混改性还可以改善塑料的可加工性和成型性。
2.纤维材料:共混改性可以改善纤维材料的抗拉强度、弹性模量、耐磨性和耐腐蚀性。
共混纤维还可以通过添加不同种类的聚合物来调节纤维的吸湿性、抗静电性和阻燃性。
3.涂料和胶粘剂:共混改性可以增加涂料和胶粘剂的附着力、硬度、耐磨性和耐候性。
共混涂料还可以通过添加不同聚合物改变颜色和光泽。
4.医疗器械和药物包装:共混改性可以提高医疗器械的生物相容性、耐溶剂性和耐腐蚀性。
共混材料还可以改善药物包装的密封性、阻光性和防潮性。
5.塑料添加剂和填料:共混改性可以通过添加不同种类的添加剂和填料,来改善塑料的性能和性质。
例如,添加抗氧剂可以提高塑料的抗老化性能,添加阻燃剂可以提高塑料的防火性能。
总之,聚合物共混改性是一种通过混合不同聚合物来改善其性能和性质的方法。
通过相容性和协同效应的作用,可以得到具有新的、优良性能的聚合物复合材料。
聚合物共混改性在塑料制品、纤维材料、涂料和胶粘剂、医疗器械和药物包装等领域有广泛的应用。
聚合物共混材料的相容性研究聚合物共混材料是由两种或多种聚合物混合而成的材料。
相比于单一聚合物材料,聚合物共混材料具有更好的性能和更广泛的应用领域。
然而,聚合物共混材料的相容性一直是研究的重点和难点之一。
相容性是指不同聚合物之间的相互作用程度,决定了共混材料的物理性质和性能。
如果两种聚合物相互溶解并形成均匀的混合物,即相容性较好;如果两种聚合物不能相互溶解,形成不均匀的相分离结构,即相容性较差。
相容性的研究对于优化共混材料的性能和开发新材料具有重要意义。
一种常用的研究方法是通过相图来分析聚合物共混材料的相容性。
相图是描述不同组分在不同温度和组分比例下的相行为的图表。
通过实验测定不同温度下的共混材料相平衡相图,可以了解不同条件下的相行为和相互作用。
相图的研究结果可以指导共混材料的配方设计和工艺控制,以获得理想的相容性和性能。
除了相图研究,还可以通过物理性质的测试来评价聚合物共混材料的相容性。
例如,通过测量共混材料的玻璃化转变温度、热膨胀系数、力学性能等指标,可以间接评价材料的相容性。
相容性较好的共混材料通常具有较高的玻璃化转变温度、较低的热膨胀系数和较好的力学性能。
聚合物共混材料的相容性研究还可以从分子层面进行。
通过分析聚合物分子链的结构和相互作用,可以揭示共混材料的相容性机制。
例如,聚合物的化学结构、分子量和分子量分布对相容性有重要影响。
此外,还可以通过添加相容剂、改变共混材料的结晶行为等方法来调控相容性。
相容性研究的结果对于聚合物共混材料的应用具有重要意义。
相容性较好的共混材料可以在不同领域发挥出更好的性能。
例如,在塑料工业中,相容性较好的共混材料可以提高塑料的韧性、耐热性和耐化学性;在纺织工业中,相容性较好的共混材料可以提高纤维的强度和耐久性。
总之,聚合物共混材料的相容性研究是一个复杂而重要的课题。
通过相图研究、物理性质测试和分子层面的分析,可以揭示共混材料的相容性机制,并指导材料的配方设计和工艺控制。
dma在聚合物共混研究的应用
DMA(动态力学分析)在聚合物共混研究中有广泛的应用。
以下是DMA 在聚合物共混研究中的一些主要应用:
1. 相容性和相分离的研究:DMA 可以用于研究聚合物共混物的相容性和相分离行为。
通过测量储能模量和损耗模量随温度或频率的变化,可以评估不同聚合物组分之间的相互作用以及相分离的程度。
2. 玻璃化转变温度的测定:DMA 可以准确测定聚合物共混物的玻璃化转变温度(Tg)。
Tg 是聚合物的一个重要特性参数,它反映了聚合物的链段运动能力。
通过DMA 可以研究共混物中不同聚合物的Tg 以及其与组成的关系。
3. 形态和结晶行为的研究:DMA 可以提供关于聚合物共混物的形态和结晶行为的信息。
通过观察DMA 曲线中的峰值和低谷,可以推测共混物中聚合物的结晶和熔融行为,以及晶体结构的变化。
4. 力学性能的评估:DMA 可以测量聚合物共混物的力学性能,如储能模量、损耗模量和阻尼因子等。
这些参数可以用于评估共混物的刚度、韧性和粘弹性等特性,以及不同聚合物组分对力学性能的影响。
5. 配方优化和材料设计:DMA 可以用于优化聚合物共混物的配方和材料设计。
通过对不同组成和配比的共混物进行DMA 分析,可以筛选出具有优异性能的配方,并为材料的改性提供指导。
综上所述,DMA 在聚合物共混研究中具有重要的应用价值,可以提供关于聚合物相容性、相分离、玻璃化转变温度、形态和结晶行为、力学性能等方面的信息,为材料的设计和优化提供依据。
完全相容的聚合物共混物特例完全相容的聚合物共混物是指两种或更多种不同的聚合物在共混过程中形成均匀的混合物,其中每个聚合物分子与其他聚合物分子之间没有明显的相互作用或相互吸引力。
这种共混物在微观尺度上呈现出单一均匀的相态,具有优异的力学性能、热稳定性和可加工性。
1. 聚合物共混物的定义- 聚合物:由重复单元组成的高分子化合物。
- 共混:将两种或多种不同的聚合物混合在一起,形成新的材料。
2. 聚合物共混物分类- 相容性:根据聚合物之间相互作用力强弱程度,可以将共混体系分为完全相容、部分相容和不相容三类。
- 完全相容:指两种或多种聚合物之间没有明显的相互作用力,能够形成均匀无缺陷结构。
- 部分相容:指两种或多种聚合物之间存在一定程度上的相互作用力,但仍能形成较为均匀结构。
- 不相容:指两种或多种聚合物之间相互作用力较强,形成不均匀结构。
3. 完全相容的聚合物共混物特点- 均匀性:完全相容的聚合物共混物在微观尺度上呈现出单一均匀的相态,没有明显的界面或分离现象。
- 优异性能:由于共混体系中聚合物分子间没有明显相互作用力,因此可以充分发挥各个聚合物的特点,获得优异的力学性能、热稳定性和可加工性。
- 可调性:通过调整不同聚合物的比例和配方,可以改变共混体系的性质和应用范围。
4. 形成完全相容共混物的机制- 相似化学结构:两种或多种聚合物具有相似或兼容的化学结构,使得它们能够在分子级别上实现良好的相互作用。
- 相似链段长度:两种或多种聚合物具有相似长度的链段,有利于链段之间的交叉扩散和排列。
- 相近玻璃化转变温度:两种或多种聚合物具有接近的玻璃化转变温度,有利于形成均匀的玻璃态混合物。
- 相似亲疏水性:两种或多种聚合物具有相近的亲疏水性,使得它们能够在溶液中相互溶解并形成均匀混合物。
5. 完全相容聚合物共混物的应用- 功能性材料:完全相容的聚合物共混物可以用于制备具有特殊功能的材料,如自修复材料、形状记忆材料等。
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。