聚合物基复合材料的界面及改性研究

第33卷第2期硅酸盐通报Vol．33No．22014年2月BULLETIN OF THE CHINESE CEＲAMIC SOCIETY February ，2014聚合物改性水泥基材料的研究进展衡艳阳1，赵文杰2（1．南阳理工学院基建处，南阳473004；2．长春工业大学化学工程学院，长春130012）摘要：普通混凝土与水泥砂浆具有许多优点，但其抗渗性差，在腐蚀性介质的作用下其使用寿命缩短。

加入聚合物是解决这一问题的一种有效途径，并且聚合物能够显著改善水泥材料的性能。

论文介绍了用于改性水泥砂浆和水泥混凝土的聚合物的种类，探讨了聚合物水泥基材料的改性机理，介绍了聚合物水泥基材料的应用及存在的问题，并据此对聚合物水泥基材料的研究进行了展望。

关键词：聚合物改性水泥基材料；性能；改性机理；研究进展中图分类号：TQ174文献标识码：A 文章编号：1001-1625（2014）02-0365-07Ｒesearch Development of Polymer Modified Cement Based MaterialsHENG Yan-yang 1，ZHAO Wen-jie 2（1．Infrastructure Construction Department of Nanyang Institute of Technology ，Nanyang 473004，China ；2．Institute of Chemical Engineering ，Changchun University of Technology ，Changchun 130012，China ）作者简介：衡艳阳（1969-），女，硕士，讲师．主要从事建筑材料方面的研究．通讯作者：赵文杰．E-mail ：zhaowenjie@mail．ccut．edu．cn Abstract ：The common concrete and cement mortar have many advantages ，but their poor permeabilityresistances ，under the action of corrosive medium ，the service life was shorten．Joining the polymer is aneffective way to solve this problem．Furthermore ，polymer can significantly improve the performance ofthe cement-based materials．The kinds of polymer are introduced in modified cement mortar andconcrete．The modified mechanism and application of polymer cement based materials are discussed．Theproblems and future applications of polymer cement based materials are pointed out．Key words ：polymer modified cement based material ；property ；modified mechanism ；researchdevelopment 1引言普通混凝土与水泥砂浆由于具有原料丰富、价格低廉、抗压强度高、生产工艺简单、用途广泛、适应性强等众多优点，以使其成为世界范围内应用最广、用量最大的一种建筑材料。

复合材料界面理论简介摘要：纤维复合材料作为先进材料，质量轻，强度高等特点使其在航空、航天、船舶、汽车等工程领域应用越来越发挥其重要性。

随着复合材料应用领域的扩展，对材料性能提出了更高的要求。

复合材料的性能取决于增强体纤维、树脂基体和界面性能，其中纤维和树脂之间的界面粘结力是一个重要因素。

界面粘结强度，即纤维断裂处通过基体向纤维传递应力的能力，直接影响到复合材料的强度、韧性和破坏模式等宏观力学行为。

因此，研究界面之间的相互作用，对于界面的设计、预测有非常重要的作用。

本文介绍了几种常见的几面之间的相互作用理论。

关键词：界面；形成；相互作用理论；1界面简介复合材料是由两种或两种以上化学和物理性质不同的材料复合而成的，那么必然存在着异种材料的接触面，这个接触面就是界面。

一般人们对复合材料界面的定义是，指基体与增强物之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小区域。

聚合物基复合材料界面的形成可以分成两个阶段：第一阶段是基体与增强纤维的接触与浸润过程。

增强纤维优先吸附能较多降低其表面能的组分，因此界面聚合物在结构上与聚合物基体是不同的。

第二阶段是聚合物的固化阶段。

聚合物通过物理的或化学的变化而固化，形成固定的界面层。

2界面作用理论2.1浸润性理论1963年，Zisman提出浸润性理论，认为浸润是形成界面的基本条件之一，若两相物质能实现完全浸润，则表面能较高的一相物体表面的物理吸附将大大超过另一相物体的内聚能强度，从而使两相物体具有良好的粘合强度。

这种理论认为两相物体间的结合模式属于机械互锁和浸润吸附。

其中机械粘合是一种机械互锁现象，即在形成复合材料的两相相互接触过程中，若浸润性差，两相接触的只是一些点，接触面有限（见图1(a)）。

若浸润性好，液相可扩展到另一相表面的坑凹中，因而两相接触面积大，结合紧密，产生机械锚合作用（见图1(b)）。

而物理吸附主要为范德华力的作用。

图1浸润与不浸润的界面显然，聚合物基体对增强材料良好的浸润性将有利于提高界面的复合强度，但浸润性不是界面粘接的唯一条件。

木塑复合材料界面改性摘要:介绍了聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯制备的木塑复合材料界面改性的研究进展，阐述了界面改性对木塑复合材料性能的影响,并对木塑复合材料的应用前景进行了展望。

木塑复合材料是近年来兴起的环保型复合材料，由聚合物基体和木纤维（木粉、竹粉、稻壳、秸秆等）按一定比例加工而成。

制备木塑复合材料的聚合物基体有热固性聚合物和热塑性聚合物，而热塑性聚合物可回收利用、连续生产，是制备木塑复合材料的主要聚合物基体。

常用的热塑性聚合物有聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)等。

由于热塑性木塑复合材料中木纤维的填充量较高，聚合物基体与木纤维之间的界面相容性较差，影响了木塑复合材料的力学性能；此外，氢键的作用也导致木纤维之间的作用力增强，从而影响木纤维在聚合物基体中的分散。

因此如何改善聚合物基体与木纤维之间的界面相容性是制备性能优良的木塑复合材料的关键。

木塑复合材料的界面改性主要通过改性木纤维或添加界面改性剂的方法进行。

木纤维的改性包括物理改性和化学改性。

物理改性（如干燥、交联）的主要作用是增强纤维素表面与聚合物基体的啮合；化学改性主要是将纤维素表面的羟基反应掉，形成化学键，如将木纤维表面的羟基进行乙酰化以降低木纤维的表面活化能，或利用相容剂的羧基或酰基与纤维素中的羟基发生酯化反应[1]，如马来酸酐接枝PP(PP-g-MAH)、异氰酸酯、氯化苯甲酰等。

从改性效果来看，化学改性方法明显优于物理改性方法。

添加界面改性剂改善木塑复合材料界面相容性是使用较多的方法。

界面改性剂通常一端含有极性基团，另一端含有非极性基团。

极性基团能与木纤维的极性部分亲和，而非极性基团则和极性较弱的聚合物基体亲和。

界面改性剂主要是起桥梁的作用，通过降低两相间的界面能，促进木纤维在树脂相中的分散，降低木纤维之间的凝聚力，提高聚合物基体的分散能力；并且加强了高分子链与木纤维间的机械缠结以增强两者的界面亲和力，从而提高复合材料的力学性能。

聚合物基复合材料的热稳定性研究聚合物基复合材料由于其优异的性能，在众多领域得到了广泛的应用。

然而，其热稳定性是影响其使用性能和寿命的关键因素之一。

因此，对聚合物基复合材料热稳定性的研究具有重要的理论和实际意义。

聚合物基复合材料是由聚合物基体和增强材料组成的多相体系。

常见的聚合物基体包括热塑性聚合物（如聚乙烯、聚丙烯等）和热固性聚合物（如环氧树脂、不饱和聚酯树脂等）；增强材料则有纤维（如碳纤维、玻璃纤维等）、颗粒（如滑石粉、碳酸钙等）等。

不同的基体和增强材料的组合，以及它们之间的界面相互作用，都会对复合材料的热稳定性产生影响。

热稳定性可以从多个方面来衡量。

其中，热分解温度是一个重要的指标。

当聚合物基复合材料受热时，会发生化学键的断裂和重组，导致材料的质量损失和性能下降。

通过热重分析（TGA）等技术，可以测量材料在不同温度下的质量变化，从而确定其热分解温度。

一般来说，热分解温度越高，材料的热稳定性越好。

聚合物基体的化学结构对复合材料的热稳定性起着决定性的作用。

例如，具有芳香环结构的聚合物通常比脂肪族聚合物具有更高的热稳定性。

这是因为芳香环的共轭结构能够增加分子的刚性和热稳定性。

此外，聚合物的分子量和分子量分布也会影响热稳定性。

较高的分子量通常会提高材料的热稳定性，因为分子链之间的缠结和相互作用更强，能够更好地抵抗热分解。

增强材料对聚合物基复合材料的热稳定性也有显著的影响。

以纤维增强复合材料为例，纤维的种类、长度、直径和含量等因素都会影响热稳定性。

碳纤维具有优异的热稳定性，将其加入聚合物基体中可以显著提高复合材料的热分解温度。

这是因为碳纤维不仅本身具有较高的耐热性，还能够起到导热和阻碍热传递的作用，从而延缓基体的热分解。

复合材料中基体与增强材料之间的界面相互作用也不可忽视。

良好的界面结合能够有效地传递应力和热量，提高复合材料的整体性能。

界面处的化学键合、物理吸附和机械嵌合等作用都会影响热稳定性。

例如，通过对纤维进行表面处理，增加其与基体之间的相容性和界面结合强度，可以提高复合材料的热稳定性。

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一一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0s04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。

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。

序言PP（聚丙烯）是一种在生活中被广泛应用的热塑性树脂，聚丙烯良好的耐冲击性、耐热性、绝缘性、可塑性、较低的密度以及低廉的成本使其被广泛应用于注塑、吹膜、喷丝及改性工程塑料等多种塑料制品领域[1]。

虽然拥有众多的优点而饱受青睐，然而聚丙烯同时也有不少的缺点从而影响到它一系列的工程化应用。

聚丙烯的成型收缩率过大，低温下容易脆裂，耐磨性过低等大大限制了聚丙烯的发展，因此，必须对聚丙烯进行改性[2]。

由于各企业生产工艺的不断改进包括各种新类型催化剂的成功研发，使得改性PP取代传统PP，受到众企业的各种青睐。

与传统聚丙烯相比，改性聚丙烯在抗冲击、刚性、光泽、韧性等方面优势明显，这大大促进了聚丙烯的发展[3]。

目前，对聚丙烯进行改性的方法主要有：共聚改性、共混改性及添加成核剂等方法，在这些方法中，共混改性是企业中被使用的最多的改性方法[4]。

共混改性主要是通过将其他具有聚丙烯所欠缺或不足的优良性能的聚合物通过特殊的手段混入聚丙烯基体内（主要是利用PP拥有较大的球晶，为共混改性提供便利），以此来改善PP的韧性和低温脆性等不足之处[5]。

本课题通过使用共混改性来研究聚丙烯的改性，具体主要研究不同用量的POE对接枝EV A/CaCO3/PP复合体系的具体改性效果，不同用量的接枝EV A对POE/CaCO3/PP复合体系的具体改性效果，以及不同用量的CaCO3对POE/接枝EV A/PP复合体系的具体改性效果。

第一章综述1.1概述聚丙烯自1957年实现工业化以来，其发展势头迅猛，在各树脂中发展最为迅速，时至今日，聚丙烯的产量增长越来越快，产品品种越来越丰富，用途也越来越广泛，聚丙烯产业俨然成为世界各塑料产业中的后起之秀。

1978年，聚丙烯的全球范围内的年生产总量为400万吨以上，仅仅低于已发展成熟的聚乙烯、聚氯乙烯以及聚苯乙烯，跃居全球第四；1995年聚丙烯的全球年生产总量达到了1910万吨，成为年产量排行中的探花；到了2000年，聚丙烯的全球年产总量飙升到了2820万吨，稳步上升至全球年产排行的第二把交椅[6]。