聚合物工艺学第七章_聚合物改性工艺

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。

苏州大学本科生考试答卷封面考试科目：聚合物的合成与改性技术____授课教师:院别：材料与化学化工学院专业：09级应用化学学生姓名：__________________ 学号：0909401099考试日期：2012 年6 月15日聚合物改性的主要方法内容摘要：鉴于本学期也同时在学习精细化工产品的合成与应用，而且我发现精细化工产品的合成大多是在聚合物合成与改性技术的指导下完成的，聚合物的改性方法是在精细化工产品合成中被运用得最为广泛的理论基础。

因此，我要结合精细化工产品中的船舶涂料来简单地阐述我对聚合物改性的主要方法在实际生活中具体应用的看法，着重揭示聚合物改性方法对人类生活、社会发展的巨大意义。

关键词：聚合物改性的主要方法船舶涂料应用一、聚合物改性的方法分类及其概念（1）共混改性1、聚合物共混的本意是指两种或者两种以上聚合物经混合，制成宏观均匀的材料的过程。

2、从广义上分类，共混包括：物理共混，也就是通常意义上的混合；化学共混，如聚合物互穿网络；物理化学共混，在物理共混过程中发生一些化学反应。

3、共混的操作仪器：捏合机、静态混合器、滚筒磨、密炼机、挤出机。

4、共混的应用领域：聚合物的增韧改性、增强耐高温聚合物的流动性、将特性聚合物和廉价聚合物混合降低成本。

（2）填充改性1、定义：这个方法一般是塑料成型加工过程中加入无机或者有机填料的过程。

2、填充改性的应用：质量、机械性能、热变形温度、成型加工性能等的改性。

（3）化学改性1、化学改性包括：嵌段共聚、接枝共聚、交联、互穿聚合物网络等。

2、应用：交联橡胶、热塑性弹性体（嵌段共聚）等。

（4）表面改性1、包括：化学、电学、光学、热学和力学等性能的改善。

2、应用：印刷、粘合、涂装、染色、电镀、防雾。

二、聚合物改性在精细化工产品合成过程中的实际应用（以船舶涂料为例）主要合成树脂涂料有：醇酸树脂涂料、氨基树脂涂料、环氧树脂涂料、酚醛树脂涂料、聚氨酯涂料、丙烯酸树脂涂料、聚氨树脂涂料、乙烯树脂涂料、橡胶涂料等等。

合成实⽤⼯艺学课后习题第⼀章绪论⼀、填空题1、对于均相反应体系，搅拌器的作⽤主要是__加速传热_；对于⾮均相反应体系，搅拌器则有___加速传热和____传质__的双重作⽤。

2、⼯业上合成树脂的⼲燥⽅法，主要是_⽓流⼲燥机沸腾⼲燥_。

当树脂含有机溶剂时，或粉状树脂对空⽓的热氧化作⽤敏感时，则⽤加热的____氮⽓__作为载热体进⾏⼲燥；3、⼯业上当合成树脂含⽔时，通常⽤加热的_____空⽓__作为载热体进⾏⼲燥；⼆、选择题1、对于低粘度聚合物的溶液聚合反应釜应选择（D）搅拌器。

A、锚式B、平浆式C、螺带式D、旋浆式2、C4馏分中所含的丁烷、丁⼆烯、丁烯各异构体的沸点⾮常相近，可通过（`C）的⽅法进⾏分离。

A、闪蒸B、⽔蒸⽓蒸馏C、萃取精馏D、减压蒸馏3、对于⾼粘度流动性差的合成橡胶的溶液聚合反应釜应选择（ C ）搅拌器。

A、锚式B、平浆式C、螺带式D、旋浆式三、判断题1、聚合物的形态可能是坚硬的固体物、⾼粘度熔体或⾼粘度溶液，所以不能⽤⼀般的产品精制⽅法如蒸馏、结晶、萃取等⽅法对聚合物进⾏精制。

（对）2、经分离操作的合成橡胶，含⽔量40%-50%，可以⽤⽓流⼲燥或沸腾⼲燥的⽅法进⾏⼲燥。

（错）3、⼀般潮湿的合成橡胶胶粒采⽤箱式⼲燥机或挤压膨胀⼲燥机进⾏⼲燥。

（对）第⼆章⽣产单体的原料路线⼀、填空题1、从油⽥开采出来未经加⼯的⽯油称为原油。

2、⽯油裂解⽣产烯烃时，液态烃在⾼温裂解区的停留时间仅为，⽬的是为了减少副反应、提⾼烯烃的收率。

⼆、选择题1、⽯油裂解⽓经精制分离得到的主要产品中，丙烯收率为（ D ）。

）A、25%～26%B、11%～12%C、29%～30%D、16%～18%2、⽯油裂解⽓经精制分离得到的主要产品中，⼄烯收率为（A）。

A、25%～26%B、11%～12%C、29%～30%D、16%～18%3、C4馏分中所含的丁烷、丁⼆烯、丁烯各异构体的沸点⾮常相近，可通过（` C）的⽅法进⾏分离。

聚合物改性的目的、意义；聚合物改性的定义、改性的方法（大分类和小分类）答：改性目的及意义：①改善材料的某些物理机械性能②改善材料的加工性能③降低成本④赋予材料某些特殊性能、获得新材料的低成本方法⑤提高产品技术含量，增加其附加值的最适宜的途径⑥调整塑料行业产品结构、增加企业经济效益最常采用的途径聚合物改性的定义：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改性的方法：①化学改性：a、改变聚合物的分子链结构b、接枝、嵌段共聚、互穿聚合物网络、交联、氯化、氯磺化等②物理改性：a、改变聚合物的高次结构b、共混改性、填充改性、复合材料、表面改性等1.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：化学改性—改变聚合物分子的链结构物理改性—改变聚合物分子的聚集状态2.共混物和合金的区别答：共混（指物理共混）的产物称聚合物共混物。

高分子合金：不能简单等同于聚合物共混物，高分子合金---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。

工业上称：塑料合金。

3.共混改性的分类（熔融、溶液、乳液、釜内）答：分类一：化学方法：如接枝、嵌段等；--化学改性物理方法：机械混合、溶液混合、胶乳混合、粉末混合---混合物理-化学方法---反应共混分类二：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；釜内共混：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。

4.共混物形态研究的重要性5.共混物形态的三种基本类型（均相、海-岛、海-海）答：均相体系：一般本体聚合、溶液聚合才形成均相体系非均相体系：①海-岛结构：连续相+分散相（基体）②海-海结构：两相均连续，相互贯穿6.相容性对共混物形态结构的影响答：①在许多情况下，热力学相容性是聚合物之间均匀混合的主要推动力；良好的相容性是聚合物共混物获得良好性能的重要前提。

聚合物表面改性聚合物表面改性根据方法可以分为以下几种：化学改性、光化学改性、表面改性剂改性、力化学处理、火焰处理与热处理、偶联剂改性、辐照与等离子体表面改性。

一、化学改性化学改性是通过化学手段对聚合物表面进行改性处理，其具体方法包括化学氧化法、化学浸蚀法、化学法表面接枝等。

1.1化学氧化法是通过氧化反应改变聚合物表面活性，例如聚乙烯这种材料的表面能很低，用氧化剂处理聚乙烯，使其表面粗糙并氧化生成极性基团，从而使其表面能增高；在室温下将聚乙烯在标准铬酸洗液中浸泡1-1.5h，66-71℃条件下浸泡1-5min，80-85℃处理几秒钟，也可以达到同样效果；通过臭氧氧化处理可有效地改善聚丙烯表面的亲水性，处理前的表面接触角为97°，臭氧氧化处理后，表面接触角将达到67°。

1.2化学浸蚀法是用溶剂清洗可除去聚烯烃表面的弱边界层，例如通过用脱脂棉蘸取有机溶剂，反复擦拭聚合物表面多次等1.3聚合物表面接枝，是通过在表面生长出一层新的有特殊性能的接枝聚合物层，从而达到显著的表面改性效果。

二、光化学改性光化学改性主要包括光照射反应、光接枝反应。

2.1光照射反应是利用可见光或紫外光直接照射聚合物表面引起化学反应，如链裂解、交联和氧化等，从而提高了表面张力。

如用波长184nm的紫外线在大气中照射聚乙烯能使表面发生交联，粘接的搭接剪切强度提高到15.4Mpa。

2.2光接枝反应就是利用紫外光引发单体在聚合物表面进行的接枝反应，该技术尤其适用于聚合物的表面改性，这是因为紫外线能量低，条件温和，只是在聚合物表面引发接枝聚合反应，很难影响到聚合物本体。

例如对于一些含光敏基(如羰基)，特别是侧链含光敏基的聚合物，当紫外线光照射其表面时，会发生反应，产生表面自由基。

三、表面改性剂改性采用将聚合物表面改性剂与聚合物共混的方式是一种简单的改性办法，它只需要在成型加工前将改性剂混到聚合物中，加工成型后，改性剂分子迁移到聚合物材料的表面，从而达到改善聚合物表面性能的目的。

聚合物合成工艺学1聚合反应釜中搅拌器的形式有哪些？适用范围如何？①常用搅拌器的形式有平桨式、旋桨式、涡轮式、锚式以及螺带式等；②涡轮式和旋桨式搅拌器适于低粘度流体的搅拌；平桨式和锚式搅拌器适于高粘度流体的搅拌；螺带式搅拌器具有刮反应器壁的作用，特别适用于粘度很高流动性差的合成橡胶溶液聚合反应釜的搅拌。

2简述合成树脂与合成橡胶生产过程的主要区别。

—合成橡胶生产中所用的聚合方法主要限于自由基聚合反应的乳液聚合法和离子与配位聚合反应的溶液聚合法两种。

而合成树脂的聚合方法则是多种的。

合成树脂与合成橡胶由于在性质上的不同，生产上的差别主要表现在分离过程和后处理过程差异很大：①分离过程的差异：合成树脂，通常是将合成树脂溶液逐渐加入第二种非溶剂中，而此溶剂和原来的溶剂是可以混溶的，在沉淀釜中搅拌则合成树脂呈粉状固体析出。

合成橡胶的高粘度溶液，不能用第二种溶剂以分离合成橡胶，其分离方法是将高粘度橡胶溶液喷入沸腾的热水中，同时进行强烈搅拌，未反应的单体和溶剂与一部分水蒸气被蒸出，合成橡胶则以直径10—20mm左右的橡胶析出，且悬浮于水中。

经过滤、洗涤得到胶粒。

②后处理过程的差异：合成树脂后处理方框图：干燥干燥的粉状合成树脂包装粉状合成树脂商品潮湿的粉状稳定剂等合成树脂粒状塑料均匀化干燥干燥的粉状合成树脂混炼造粒包装粒状塑料制品合成橡胶后处理方框图：潮湿的粒状合成橡胶干燥压块包装合成橡胶制品3、高分子合成工业的“三废”是如何产生的？怎样处理？什么是“爆炸极限”？①高分子合成工业所用的主要原料—单体和有机溶剂，许多是有毒的，甚至是剧毒物质。

由于回收上的损失或设备的泄漏会产生有害或有臭味的废气、粉尘污染空气和环境。

聚合物分离和洗涤排除的废水中可能有催化剂残渣、溶解的有机物质和混入的有机物质以及悬浮的固体微粒。

这些废水如果不经过处理排入河流中，将污染水质。

此外，生产设备中的结垢聚合物和某些副产物会形成残渣，因此高分子合成工业与其他化学工业相似，存在着废气、粉尘、废水和废渣等三废问题。

《聚合物合成工艺学》各章重点第一章绪论1．高分子化合物的生产过程及通常组合形式原料准备与精致，催化剂配置，聚合反应过程，分离过程，聚合物后处理过程，回收过程2．聚合反应釜的排热方式有哪些夹套冷却，夹套附加内冷管冷却，内冷管冷却，反应物料釜外循环冷却，回流冷凝器冷却，反应物料部分闪蒸，反应介质部分预冷。

3. 聚合反应设备1、选用原则：聚合反应器的操作特性、聚合反应及聚合过程的特性、聚合反应器操作特性对聚合物结构和性能的影响、经济效应。

2、搅拌的功能要求及作用功能要求：混合、搅动、悬浮、分散作用：1）推动流体流动，混匀物料；2）产生剪切力，分散物料，并使之悬浮；3）增加流体的湍动，以提高传热效率；4）加速物料的分散和合并，增大物质的传递效率；5）高粘体系，可以更新表面，使低分子蒸出。

第二章聚合物单体的原料路线1．生产单体的原料路线有哪些？（教材P24-25）石油化工路线，煤炭路线，其他原料路线（主要以农副产品或木材工业副产品为基本原料）2．石油化工路线可以得到哪些重要的单体和原料？并由乙烯单体可以得到哪些聚合物产品？（教材P24-25、P26、P31）得到单体和原料：乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯。

得到聚合物：聚乙烯、乙丙橡胶、聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、维纶树脂、聚苯乙烯、ABS树脂、丁苯橡胶、聚氧化乙烯、涤纶树脂。

3. 合成聚合物及单体工艺路线第三章自由基聚合生产工艺§ 3-1自由基聚合工艺基础1．自由基聚合实施方法及选择本体聚合、乳液聚合、溶液聚合、悬浮聚合。

聚合方法的选择只要取决于根据产品用途所要求的产品形态和产品成本。

2．引发剂及选择方法，调节分子量方法种类：过氧化物类、偶氮化合物，氧化还原体系。

选择方法：（1）根据聚合操作方式和反应温度条件，选择适当分解速度的引发剂。

（2）根据引发剂分解速度随温度的不同而变化，故根据反应温度选择适引发剂。

（3）根据分解速率常数选择引发剂。

聚合物基复合材料的界面改性技术在现代材料科学领域中，聚合物基复合材料因其优异的性能而备受关注。

然而，要充分发挥这些材料的潜力，界面改性技术是关键环节之一。

聚合物基复合材料通常由聚合物基体和增强材料组成。

界面作为连接这两种不同性质材料的区域，其性能对复合材料的整体性能有着至关重要的影响。

如果界面结合不良，会导致应力传递不畅、容易产生裂纹等问题，从而降低复合材料的力学性能和耐久性。

目前，常见的界面改性技术主要包括以下几种。

化学改性是一种重要的方法。

通过在增强材料表面引入特定的化学官能团，可以增强其与聚合物基体的相容性和化学键合能力。

例如，对碳纤维进行表面氧化处理，增加其表面的含氧官能团，能显著提高与环氧树脂等基体的结合强度。

这种方法可以有效地改善界面的粘结性能，提高复合材料的力学性能。

物理改性也是常用的手段之一。

其中，等离子体处理是一种较为先进的技术。

等离子体中的高能粒子能够对增强材料表面进行刻蚀和活化，从而改变其表面的粗糙度和化学组成。

经过等离子体处理后的增强材料，表面能增加，与聚合物基体的浸润性得到改善，进而提升了界面的结合效果。

还有一种方法是使用偶联剂。

偶联剂分子一端能与增强材料表面发生反应，另一端则能与聚合物基体相互作用，从而在两者之间建立起有效的桥梁。

例如，硅烷偶联剂在玻璃纤维增强聚合物复合材料中得到了广泛应用。

它能够显著提高玻璃纤维与聚合物基体之间的界面结合强度，增强复合材料的综合性能。

除了上述方法，对聚合物基体进行改性也是一种有效的途径。

通过共聚、共混等手段，改变聚合物基体的化学结构和物理性能，使其与增强材料更好地匹配。

例如，在尼龙基体中引入弹性体组分，可以提高其韧性，从而改善与增强纤维的界面性能。

在实际应用中，往往会根据具体的材料体系和性能要求，综合运用多种界面改性技术。

以碳纤维增强环氧树脂复合材料为例，如果单纯采用化学改性处理碳纤维，虽然能够在一定程度上提高界面结合强度，但可能会对碳纤维的力学性能造成一定损伤。

第一章绪论一、填空题1、对于均相反应体系，搅拌器的作用主要是__加速传热_；对于非均相反应体系，搅拌器则有___加速传热和____传质__的双重作用。

2、工业上合成树脂的干燥方法，主要是_气流干燥机沸腾干燥_。

当树脂含有机溶剂时，或粉状树脂对空气的热氧化作用敏感时，则用加热的____氮气__作为载热体进行干燥；3、工业上当合成树脂含水时，通常用加热的_____空气__作为载热体进行干燥；二、选择题1、对于低粘度聚合物的溶液聚合反应釜应选择（D）搅拌器。

A、锚式B、平浆式C、螺带式D、旋浆式2、C4馏分中所含的丁烷、丁二烯、丁烯各异构体的沸点非常相近，可通过（`C）的方法进行分离。

A、闪蒸B、水蒸气蒸馏C、萃取精馏D、减压蒸馏3、对于高粘度流动性差的合成橡胶的溶液聚合反应釜应选择（ C ）搅拌器。

A、锚式B、平浆式C、螺带式D、旋浆式三、判断题1、聚合物的形态可能是坚硬的固体物、高粘度熔体或高粘度溶液，所以不能用一般的产品精制方法如蒸馏、结晶、萃取等方法对聚合物进行精制。

（对）2、经分离操作的合成橡胶，含水量40%-50%，可以用气流干燥或沸腾干燥的方法进行干燥。

（错）3、一般潮湿的合成橡胶胶粒采用箱式干燥机或挤压膨胀干燥机进行干燥。

（对）第二章生产单体的原料路线一、填空题1、从油田开采出来未经加工的石油称为原油。

2、石油裂解生产烯烃时，液态烃在高温裂解区的停留时间仅为0.2-0.5s，目的是为了减少副反应、提高烯烃的收率。

二、选择题1、石油裂解气经精制分离得到的主要产品中，丙烯收率为（ D ）。

A、25%～26%B、11%～12%C、29%～30%D、16%～18%2、石油裂解气经精制分离得到的主要产品中，乙烯收率为（A）。

A、25%～26%B、11%～12%C、29%～30%D、16%～18%3、C4馏分中所含的丁烷、丁二烯、丁烯各异构体的沸点非常相近，可通过（` C）的方法进行分离。

A、闪蒸B、水蒸气蒸馏C、萃取精馏D、减压蒸馏三、判断题1. 石油裂解生产烯烃时用3-15%浓度的NaOH水溶液洗涤裂解气，目的是脱除酸性气体。