聚合物的填充改性
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简答题:接枝共聚反应的原理是什么?答:接枝共聚反应首先要形成活性接枝点,各种聚合机理的引发剂或催化剂都能为接枝共聚提供活性种,而后产生接枝点。
活性点处于链的末端,后才形成接枝共聚物。
1、从嵌段共聚物的角度来说,热塑性弹性体的组成是什么?各组成的作用是什么?答:热塑性弹性体是由大量的软嵌段和少量的硬嵌段组成的两相嵌段共聚物。
软硬两种嵌段各有各的用处,软嵌段提供柔韧的弹性,而硬嵌段则提供物理交联点和起填料的功能。
2、反应挤出过程对工艺条件的要求是什么?答:①高效率的混合功能:②高效率的脱挥功能③高效率的向外排热功能④合理的停留时间⑤强输送能力和强剪切功能1、什么是热力学相容性和工艺相容性?为什么说工艺相容性比热力学相容性应用更普遍?答:热力学相容性是指两种聚合物在热和比例时都能形成稳定的均相体系的能力,即指聚合物在分子尺寸上相容,形成均相共混体系。
工艺相容性是指由于聚合物的分子质量很高,黏度特别大,靠机械力场将两种混合物强制分散混合后,各项的自动析出或凝聚的现象也很难产生,故仍可长期处于动力学稳定状态,并可获得综合性能良好的共混体系。
因为工艺相容性仅仅是一个工艺上比较的概念,期含义是指两种材料共混对分散的难易程度,和所得的共混物的动力学稳定性,对于聚合物而言,相容性有两方面含义:一是可以混合均匀的程度,二是混合的聚合物分子间作用力,若分子间的作用力越相近,则越容易分散均匀,分散性越好。
2、影响聚合物共混的结构形态因素是什么?简述如何影响。
答:①两相组成的配比:在“海-岛”结构两相体系共混物中,确定哪一相为连续相,哪一相为分散相具有重要意义,可计算理论临界含量。
小于26%为分散相,大于74%为连续相。
②熔体黏度:黏度低的一相倾向于生成连续相,黏度高的一项倾向于生成分散相。
③黏度与配比的综合影响④粘度比、剪切应力及界面的综合影响:当分散相与之连续相黏度相等时,分散相粒径d达到一个最小值,当界面张力降低时,分散相颗粒粒径d变小,当剪切应力增大时,分散相粒径降低。
聚合物材料的改性与应用聚合物材料作为一类重要的材料,具有广泛的应用前景。
为了满足不同领域的需求,人们经过不断地研究与改良,开发出了许多改性方法以及相关的应用技术。
本文将介绍一些聚合物材料的改性方法,并探讨它们在不同领域中的应用。
一、改性方法1. 添加填料填料可以提高聚合物材料的性能,比如增加强度、改进耐热性、改善导电性等。
常见的填料包括纳米颗粒、纤维素、碳纤维等。
添加填料的改性方法可以通过挤出、共混等工艺实现。
2. 合金化改性聚合物可以通过与其他合适的材料进行合金化,改变聚合物的性质。
比如与金属合金化可以增加强度和刚度,与陶瓷合金化可以提高耐磨性和耐热性等。
3. 化学改性化学改性是通过引入功能基团或进行聚合反应来改变聚合物的特性。
比如,通过交联反应可以提高聚合物的热稳定性和耐化学性;通过接枝反应可以增加聚合物的附着力和耐老化性。
4. 表面修饰表面修饰可以通过改变聚合物材料的表面性质来得到所需的性能。
比如,通过等离子体处理可以增加聚合物的亲水性和粘附性;通过涂层技术可以提高聚合物的耐磨性和耐腐蚀性等。
二、应用领域1. 包装材料聚合物材料的优良特性使其成为广泛应用于包装领域的理想选择。
通过改性可以提高聚合物材料的耐撕裂性、耐渗透性、耐撞击性等,在食品包装、药品包装、电子产品包装等领域发挥重要作用。
2. 汽车工业改性后的聚合物材料在汽车工业中有着广泛的应用。
例如,通过纳米填料的添加可以显著提高塑料汽车零部件的强度和耐磨性,降低重量,提高燃油效率。
3. 医药领域聚合物材料在医药领域的应用也日益广泛。
通过改性可以提高聚合物的生物相容性、机械性能和药物释放性能等。
例如,改性后的聚合物可以用于制备人工骨骼、医疗器械和药物缓释系统等。
4. 纳米技术聚合物材料与纳米技术结合可以产生许多独特的性能和应用。
通过纳米颗粒的引入,可以改善聚合物的力学性能、导电性能和光学性能等。
这些改性后的聚合物材料在电子学、光电子学和纳米生物技术等领域有着广泛的应用。
零、绪论聚合物改性的定义:通过物理和机械方法在高分子聚合物中加入无机或有机物质,或将不同类高分子聚合物共混,或用化学方法实现高聚物的共聚、接枝、嵌段、交联,或将上述方法联用,以达到使材料的成本下降,成型加工性能或最终使用性能得到改善,或使材料仅在表面以及电、磁、光、热、声、燃烧等方面赋予独特功能等效果,统称为聚合物改性。
聚合物改性的目的:所谓的聚合物改性,突出在一个改字。
改就是要扬长补短,要发扬和保留聚合物原有的优势,抑制和克服聚合物原有的缺点,并根据实际需要赋予聚合物新的性能。
聚合物改性的三个主要目的:①克服聚合物原有的缺点,赋予聚合物某些高新的性能与功能②改善聚合物的加工工艺性能③降低材料的生产成本总之,聚合物改性就是要在聚合物的使用性能、加工性能与生产成本三者之间寻求一个最佳的平衡点。
聚合物改性的意义:1.新品种的开发越来越困难(已开发的品种数以万计,工业化的三百余种。
资源限制、开发费用、环境污染)2.使用性能的多样化、复杂化,要求材料有多种性能及功能,单一聚合物难以实现。
3.聚合物改性科学应运而生——获取新性能聚合物的简洁而有效的方法。
聚合物改性的主要方法:共混改性;填充改性;纤维增强复合材料;化学改性;表面改性聚合物改性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,HIPS1948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。
1942年,制成了苯乙烯和丁二烯的互穿聚合物网络(IPN),商品名为“Styralloy”,首先使用了聚合物合金这一名称。
1960年,建立了IPN的概念,开始了一类新型聚合物共混物的发展。
IPN已成为共混与复合领域一个独立的重要分支。
1965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。
1、聚合物改性的定义,改性的方法。
答:聚合物改性:通过各种化学的、物理的或二者结合的方法改变聚合物的结构,从而获得具有所希望的新的性能和用途的改性聚合物的过程。
主要方法:共混改性、填充改性、复合材料、化学改性、表面改性。
共混改性指两种或两种以上的聚合物经混合制成宏观均匀的过程。
填充改性指人们在聚合物中添加填充剂有时只是为了降低成本,但也有很多时候是为了改善聚合物的性能。
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。
化学改性是通过化学反应改变聚合物的物理、化学性质的方法。
表面改性:改善工件表面层的机械、物理或化学性能的处理方法。
2、化学改性(改变分子链结构)和物理改性(高次结构)的本质区别。
答:第二章:基本观点:1、共混物与合金的区别。
答:高分子合金不能简单等同于聚合物共混物,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。
2、共混改性的分类(熔融、乳液、溶液和釜内)答:按照共混时物料的形态:熔融共混:机械共混的方法,最具工业价值,是共混改性的重点。
溶液共混:用于基础研究领域,工业上用于涂料和黏合剂的制备。
乳液共混:共混产品以乳液的形式应用。
斧内共混:是两种或两种以上聚合物单体同在一个反应釜中完成其聚合过程,在聚合的同时也完成了共混。
3、共混物形态研究的重要性。
答:共混物的形态与共混物的性能密切相关,而共混物的形态又受到共混工艺条件和共混物组分配方的影响,所以,共混物的形态研究就成了研究共混工艺条件和共混组分分配与共混物性能的关系的重要中间环节。
4、共混物形态的三种基本类型——均相体系、非均相体系(海岛结构、海海结构)答:一是均相体系。
二是非均相体系(两相体系):包括“海-岛结构”------连续相+分散相。
“海-海结构”------两相均连续,相互贯穿。
5、相容性对共混物形态结构的影响。
几种填料对PP的改性目前原料价格的上涨,促使塑料改性的迅速发展。
在提高或保障塑料性能的前提下,通常在塑料中添加一些无机材料或其它材料,降低塑料制品的生产成本。
下面介绍几种主要填料及对PP改性效果。
塑料加工界曾经认为,在保持材料性能的前提下,加入无机填料可以降低成本。
虽然无机填料比聚合物便宜很多,但也重很多,而塑料制品是以体积为单位来交易的。
下面分析在什么条件下,按体积衡量的填充聚合物材料成本才会降低。
要使单位体积填充聚合物材料的价格小于单位体积纯聚合物的价格,则需满足P*ρ≤P1*ρ1(1)其中P、P1分别为填充聚合物、聚合物基体的价格(万元/吨);而ρ、ρ1分别为填充聚合物、聚合物基体的密度(ton/ m3)填充聚合物材料的密度ρ为1/ρ=(1- w2)/ρ1+ w2/ρ2(2)其中ρ2为无机填料的密度(ton/ m3),w2为填料加量(%)将式(2)代入式(1)整理得P/ P1≤1-(ρ2-ρ1)/ρ2*w2(3)如填充聚合物材料的价格P表示为P= P1*(1- w2)+ P2*w2+Δ(4)其中P2为无机填料的价格(万元/吨),Δ为加工费用(万元/吨)将式(4)代入式(3)整理得P2 / P1≤ρ1 / ρ2 -Δ/ (P1*w2)(5)只有满足式(5)条件下,按体积衡量的填充聚合物材料成本才降低。
如对于聚烯烃来说P1取1(万元/吨),ρ1取1(ton/ m3);一般无机填料如二氧化硅、滑石粉、重质碳酸钙ρ2取2.5(ton/ m3);填充量w2取0.3;加工费用Δ取0.1(万元/吨),则由式(3)可得填充聚烯烃的价格P最高为P≤(1-(ρ2-ρ1)/ρ2*w2) *P1= (1-(2.5-1)/2.5*0.3) *1=0.82(万元/吨)根据式(5)无机填料的价格P2最高为P2 ≤(ρ1 / ρ2 -Δ/ (P1*w2))*P1=(1/2.5-0.1/(1*0.3))*1=1/15(万元/吨)若对于尼龙来说P1取2(万元/吨),ρ1取1.13(ton/ m3);高岭土ρ2取2.6(ton/ m3);填充量w2取0.3;加工费用Δ取0.1(万元/吨),则由式(3)可得高岭土填充尼龙的价格P最高为P≤(1-(ρ2-ρ1)/ρ2*w2) *P1=(1-(2.6-1.13)/2.6*0.3) *2=1.6(万元/吨)根据式(5)高岭土填料的价格P2最高为P2 ≤(ρ1 / ρ2 -Δ/ (P1*w2) )*P1=(1.13/2.6-0.1/(2*0.3))*2=0.5(万元/吨)非金属矿物填料的作用和性能(1)非金属矿物填料的作用无机非金属矿物填料的主要作用是增量、增强和赋予功能。
聚合物改性聚合物定义:聚合物即高分子化合物,所谓的高分子化合物,就是指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在一万以上的化合物。
聚合物改性通过物理与机械的方法在聚合物中加入无机或有机物质,或将不同种类聚合物共混,或用化学方法实现聚合物的共聚、接枝、交联,或将上述方法联用、并用,以达到使材料的成本下降、成型加工性能或最终使用性能得到改善,或在电、磁、光、热、声、燃烧等方面被赋予独特功能等效果,统称为聚合物改性。
聚合物改性的方法总体上分为: 物理方法化学方法表面细分:共混改性、填充改性、纤维增强复合材料化学改性、表面改性、共混改性:两种或者两种以上聚合物经混合制备宏观均匀材料的过程。
可分为物理、化学共混。
填充改性:向聚合物中加入适量的填充材料(如无机粉体或者纤维),以使制品的某些性能得到改善,或降低原材料成本的改性技术。
纤维增强复合材料又称聚合物基复合材料,就就是以有机聚合物为基体,纤维类增强材料为增强剂的复合材料。
化学改性:在改性过程中聚合物大分子链的主链、支链、侧链以及大分子链之间发生化学反应的一种改性方法。
原理:主要靠大分子主链或支链或侧基的变化实现改性。
改性手段有:嵌段、接枝、交联、互穿网络等特点:改性效果耐久,但难度大,成本高,可操作性小,其一般在树脂合成厂完成,在高分子材料加工工厂应用不多。
表面改性:就是指其改性只发生在聚合物材料制品的表层而未深入到内部的一类改性。
特点:性能变化不均匀种类:表面化学氧化处理,表面电晕处理,表面热处理,表面接枝聚合,等离子体表面改性等适应于只要求外观性能而内部性能不重要或不需要的应用场合,常见的有:表面光泽,硬度,耐磨、防静电等的改性。
接枝反应:以含极性基团的取代基,按自由基反应的规律与聚合物作用,生成接枝链,从而改变高聚物的极性,或引入可反应的官能团。
官能团反应:可以发生在聚合物与低分子化合物之间,也可发生在聚合物与聚合物之间。
可以就是聚合物侧基官能团的反应,也可以就是聚合物端基的反应接枝共聚改性对聚合物进行接枝,在大分子链上引入适当的支链或功能性侧基,所形成的产物称作接枝共聚物。
前言 (1)第一章填充改性 (2)1、填充改性的基本概念 (2)2、填充改性PP (3)3、实例填充PP M-10 (3)第二章增强改性 (5)1、增强改性基本概念 (5)2、增强剂种类 (6)3、影响增强改性性的因素 (6)4、玻纤增强热塑性塑料制造工艺 (7)5、玻纤增强塑料的性能 (7)6、实例增强AS (7)第三章共混改性 (9)1、共混改性基本概念 (9)2、共混改性的意义 (10)3、共混改性树脂 (10)4、ABS/PC共混制备合金 (11)第四章阻燃 (14)1、阻燃剂的分类 (14)2、阻燃机理 (15)3、阻燃剂的品种及性质 (16)4、实例阻燃PP (18)参考资料 (21)塑料工业作为新世纪的朝阳工业正大蓬勃快速发展,塑料改性技术的进步和改性塑料行业应运而生,成长壮大已成为塑料工业持续发展的新增长点,改性塑料行业不仅成为塑料工业不可缺少的一部分,而且显著地带动了非金属矿深加工、塑料原料、助剂以及塑料加工机械等行业的迅猛发展,同时也因改性塑料材料的性能改进或被赋予新的功能,大大扩大了塑料行业的应用领域。
本书比较全面的介绍了改性工程塑料的几个大方面,本人以填充改性、共混改性、增强改性以及阻燃技术的技术及理论比较系统的说明。
并且每种改性还举了一个实例供读者参考,由于本人在工作实习期撰写此书,在收集、整理资料和撰写作出了艰辛的努力,但由于时间紧,涉及的面宽,收集信息的能务和渠道有限,再加上本人专业知识不够丰富,难免存在这样或那样的问题,我希望老师及读者批评指正。
编者第一章填充改性一、填充改性的基本概念填充改性是塑料物理改性方法之一,所谓填充改性是指在塑料成型加工过程中加入无机或有机填料,从而可以使塑料制品的性能得到改善或使塑料制品的原料成本降低达到增量的目的。
填料的种类很多,有把填料分成两在类:无机填料和有机填料caco3 滑石粉云母高岭土sio2 Tio2赤泥硅灰石破璃微珠Baso4 caso4 炭黑1、影响填充改性性能的因素(1)填料的形状填料形状大致可分为圆球状、薄片状、粒状、柱状、纤维状等。
1填充改性:在聚合物基体中或在聚合物加工成型过程中加入一系列在组成结构不同固体添加物。
2混杂增强:是一种以上不同品种的增强纤维或其他增强材料匹配在一起用于聚合物得到复合材料。
3纤维的临界长度lc:以基体包裹纤维的复合物在顺纤维轴上拉伸。
当从整体传到纤维上的应力刚能使纤维断裂时纤维的应有长度。
4 IPN:是两种或两种以上的共混聚合物,分子链相互贯穿并至少一种聚合物分子链以化学键的方式交联而形成的网络结构。
5高分子合金:在显微镜下观察可以聚合物共混物具有类似金属合金的相结构(即宏观不分离,微观非均相结构)称为高分子合金。
6相容性:指聚合物彼此互相容纳,形成宏观均匀材料的能力。
7纳米复合材料:指其中至少有一相物质是纳米级(1—100nm)范围内的多相复合材料。
8海-岛结构:是一种两相体系,且一项为连续相,一相为分散相,分散相分散在连续相中,就好像海岛分散在大海中一样。
9等粘点:A组分与B组分熔体黏度相等的这一点,称为“等黏点”问答可能题1.熔融态化学反应类型及各自的影响因素?答:类型:交联反应、接枝反应、降解反应、官能团反应。
影响交联因素:1过氧化物的品种与用量2交联时间与温度3环境气氛4抗氧剂5酸性物质6填充剂7助交联剂影响接枝因素:1接枝单体的含量2引发剂3反应温度4反应时间5交联或降解的控制6共单体2填料的性质?答:(1)几何形态特征:球状(加工流动性):玻璃微珠片状(刚性):云母、滑石粉(2)粒径小,填充效果好(分散均匀)粒径表示方法:1.平均粒径() 2.目数(每平方英寸筛网上的筛孔数) 3.比表面积()(3)表面形态与性质:光滑(加工流动性)、粗糙(机械互锁、有大量微孔(有一定互锁作用)3.填料的分散混合过程?答:大致分四个过程。
<1>使聚合物添加剂粉碎。
将聚合物和填料加入到体系中,在外界作用下将大块聚合物和添加剂破碎成较小粒子。
<2>使添加剂渗入到聚合物中。
聚合物在剪切热和传导热作用下,降到黏流状时,使速度加快,较小粒子克服聚合物内聚力,渗入到聚合物中。