聚合物共混改性原理及应用

聚合物共混改性原理及应用```````201015014057一．名词解释（每题5分，共20分）1.聚合物共混答：共混改性包括物理共混、化学共混和物理/化学共混三大类型。其中，物理共混就是通常意义上的“混合”。如果把聚合物共混的涵义限定在物理共混的范畴之内，则聚合物共混是指两种或两种以上聚合物经混合制成宏观均匀物质的过程。2.分布混合和分散混合答：分布混合，又称分配混合。是混合体系在应变作用下置换流动单元位置而实现的。分散混合是指既增加分散相空间分布的随机性，又减少分散相粒径，改变分散相粒径分布的工程。分布混合和分散混合在实际的共混工程中是共生共存的，分布混合和分散混合的驱动力都是外界施加的作用力。3.总体均匀性和分散度答：总体均匀性是指分散相颗粒在连续相中分布的均匀性，即分散相浓度的起伏大小。分散度则是指分散相颗粒的破碎程度。对于总体均匀性，则采用数理统计的方法进行定量表征。分散度则以分散相平均粒径来表征。4.分散相的平衡粒径答：在分散混合中，由于分散相大粒子更容易破碎，所以共混过程是分散相粒径自动均化的过程，这一自动均化的过程的结果，是使分散相例子达到一个最终的粒径。即“平衡粒径”。二．选择题（每题1.5分，共15分）1.热力学相容条件是混合过程的吉布斯自由能（A）A.小于零B大于零C等于零D不确定2.共混物形态的三种基本类型不包括（D）3.A.均相体系4.B海-岛结构5.C海--海结构6.D共混体系3.影响熔融共混过程的因素不包括（B）A聚合物两相体系的熔体黏度B聚合物两相体系的表面张力C聚合物两相体系的界面张力D流动场的形式和强度4.共混物形态研究的主要内容不包括（D）A连续相和分散相祖分的确定B两相体系的形貌C相界面D分散相的物理性能5.熔体黏度调节的方法不包括（B）A温度B时间C剪切应力D用助剂调节6.聚合物共混物的使用性能影响要素不包括（A）A结晶时间B结晶温度C结晶速度D结晶共混物的结构形态7.影响热力学相容性的因素不包括（B）A相对分子质量B共混组分的性能C温度D聚集态结构8.共混物性能的影响因素不包括（C）A各组分的性能与配比B共混物的形态C温度D外界作用条件9.影响聚合物的表面张力的相关因素不包括（B）A温度B压强C聚合物的物态D聚合物的相对分子质量10.填充体系的界面作用机理不包括（D）A化学键机理B表面浸润机理C酸碱作用机理D增韧剂机理三．填空题（每空1分，共15分）1.聚合物共混包括物理共混、化学共混和物理化学共混。2.热力学相容条件是混合过程的吉布斯自由能ΔG0。3.当分散相颗粒变小时，比表面积增大，界面能也相应增大，使分散相颗粒进一步破碎所需的能量也相应增大。4.在聚合物共混过程中，同时存在分散过程与聚集过程这一对互逆的过程。5.关于聚合物共混物的形态，有两个关键的因素，其一是分散相颗粒的平均粒径，其二是分散相颗粒在连续相分布的均匀程度。6.对于牛顿流体，在We的临界值的最低点，分散相最容易破碎。7.分散相的颗粒的分散过程可以细分为两种机理：液滴分裂机理和细流线破裂机理。8.二元相互作用模型的基本原理，是将大分子间的相互作用细分为不同组分的重复单元之间相互作用的加和。9.绘制相图的常用方法是光学方法。10.表面张力的本质是分子间的相互作用。四．判断题（每题1分，共10分）1.熔融共混是将聚合物组分加热到熔融状态后进行共混。（√）2.“液滴模型”认为，对于特定的体系和在一定条件下，We可有特定的临界值，当体系的We值小于临界值时，液滴是稳定的。若大于临界值，液滴就会变得不稳定，进而发生破裂。（√）3.连续相的黏度增大，也可以使We值减小，易于变形。（×）4.在共混的初始阶段，由于分散相的粒径较大，而分散相的粒子数目较少，所以破碎过程占主要地地位。（√）5.降低界面张力不仅有利于促进分散相的破碎，而且有利于抑制粒子的集聚。（√）6.提高连续相黏度或降低分散相黏度，都可以使分散相粒径增加。（×）7.改变相对分子质量，可以获得相容与不相容的的临界条件。（√）8.分布混合和分散混合在实际过程中不能一起存在。（×）9.溶解度参数法被用于判断两种聚合物的相容性。（√）10.当分散相组分破裂时，其比表面积增大，界面能相应增加。（√）五．简答题（每题10分，共40分）1.简述影响热力学相容性的因素。答：1.大分子间的相互作用2.相对分子质量3.共混组分的配比4.温度5.聚集态结构2.简述共混体系界面张力、界面层厚度与相容性的关系。答：界面张力、界面层厚度都是聚合物共混两相体系界面研究中的要素。界面张力与界面层厚度、共混体系相容性等都密切相关。溶解度参数接近的体系，或者B参数较小的体系，相容性相应地较好。界面张力较低，界面层厚度也较厚。3.试述聚合物共混的相容性答：关于相容性的概念，有从理论角度提出的热力学相容性和从实用角度提出的广义相容性，以及与热力学相容性相关的溶混性。热力学相容体系是满足热力学相容条件的体系，是达到了分子程度混合的均相共混物从实用角度提出的相容性概念，是指共混物各组分之间彼此相互容纳的能力。这一相容性概念表示了共混组分在共混中相互扩散的分散能力和稳定程度。共混体系的判据，是指一种共混物具有类似于均相材料所具有的性能；在大多数情况下，可以用玻璃化转变温度(Tg)作为均相体系判定的标准。相应地，可以把Tg作为相容性的判定标准。4.试述影响熔融过程的5个主要因素答：主要因素：1.聚合物两相体系的熔体黏度以及熔体弹性；2.聚合物两相体系的界面能；3.聚合物两相体系的组分含量配比以及物料初始状态；4.流动场的形式和强度；5.共混时间。5.聚合物共混物的形态结构类型有那些？并简述其特点。答：主要分为3种结构类型，即单相连续结构、两相互锁或交错结构、两相连续结构。（1）.单相连续结构：构成聚合物共混物的两个相或者多个相中只有一个相连续，其他的相分散于连续相中。单相连续结构又因分散相相畴的形状、大小以及与连续相结合情况的不同而表现为多种形式。（2）.相互贯穿的两相连续结构：共混物中两种组分均构成连续相，互穿网络聚合物（IPNs）是两相连续结构的典型例子。（3）.两相互锁或交错结构：这种结构中没有一相形成贯穿整个试样的连续相，而且两相相互交错形成层状排列，难以区分连续相和分散相。有时也称为两相共连续结构，包括层状结构和互锁结构。聚合物共混改性原理复习题一、图1和图2是某科研工作者对蛋白石填充高密度聚乙烯不同体系的的测试结果，请对此两图进行分析，写出分析结果和其原因。（处理剂为表面处理剂）注：目=1平方英寸（2.54cm×2.54cm）内的孔数答：未经处理的蛋白石填充HDPE降低树脂的拉伸强度和冲击强度，蛋白石粒径大小对这两种性能的影响相当。由于未经过表面处理剂处理，蛋白石不能与树脂较好地相容，两相间粘合力小，不能很好地传递应力，故拉伸强度和冲击强度降低。经过处理的蛋白石填充HDPE能够提高树脂的拉伸强度和冲击强度。硬脂酸处理的蛋白石比钛酸酯处理的更能提高拉伸强度，并且粒径小的效果好；对于冲击强度，前者效果不如后者，且粒径大的更能提高冲击强度。经表面处理剂处理后的蛋白石与树脂基体相容性好，界面相粘结力强；硬脂酸处理的蛋白石相容性更好，使得其拉伸强度更高，但粘合紧密反而导致应力传递快，能量吸收少，冲击强度提高较少。填充物粒径小，粘结紧抗拉伸能力强，但是对于钛酸酯处理的蛋白石，粒径小冲击强度反而低，可能是因为蛋白石颗粒分散不均匀导致。二、一般采有PP熔融接枝MAH单体，并通过反应挤出制备PP/PA6共混物，请阐明PP接枝MAH对共混物的形态结构及性能有何影响。为什么？答：PA6与PP是不相容体系，其共混物一般呈现相分离的双相结构，PP粒子呈球状简单地分散在PA6基体中，并且分布不均匀，粒径大，粒径分布宽，界面粘接不良；当体系中加入增容剂后，PP粒子均匀地分散在PA6基体中，粒径变小，粒径分布窄,PA6与PP两相界面无明显分相情况。PP接枝MAH降低了PP在PA6中的界面张力，增加了两相的相容性。形态结构：从反应过程可知，通过PP和MAH熔融接枝和MAH和PA6的酰胺化反应，生成了PP和PA6的A-B型嵌段共聚物，同时在线生成了增容剂，细化了粒子结构，增强了相容性。性能：使共混物具有PA6的高强度和高模量，又具有PP的抗湿性和尺寸稳定性，韧性提高。因为分散相粒径变小且分散均匀，拉伸强度、抗弯强度和断裂伸长率均有显著提高，由于增加了两相间的相容性，界面粘结力强，抗冲击性能也明显提高。三、简述影响HDPE/CaCO3体系性能的因素，并从结构设计的角度出发，提出一些改善HDPE/CaCO3体系性能的方法及手段。答：影响因素:两相相容性，碳酸钙种类、用量及粒径，共混方法等。方法：对填料进行表面处理，应用有机高分子、无机物、表面活性剂或偶联剂，降低其表面能使其与树脂相容性变好。手段：干法，填料在干态下借高速混合作用和一定温度下使处理剂均匀地作用于填料表面，形成一个极薄的表面层；湿法，填料在处理剂的水溶液或水乳液中，通过填料表面吸附作用或化学作用使处理剂分子结合于填料表面；加工现场处理法。四、针对PP/PA体系，有哪些增容手段可用来改善体系的物理化学性能？答：加入带反应性官能团的增容剂与PA6和PP共混,如MAH接枝PP，EVA与MAH接枝共聚物，MAH与乙丙橡胶共聚物，等离子体表面处理。五、简述影响辐照改性效果的因素。答：1、加料顺序。直接辐射法：将聚合物和单体在辐射前混合在一起，共同辐射，在生成接枝共聚物的同时也生成均聚物。预辐射法：先辐射聚合物，使之产生捕集型自由基，再用乙烯型单体继续对聚合物处理，得到接枝共聚物。预辐射法虽然接枝点少，但接枝效率高均聚物少。2、辐射剂量。辐射剂量过大导致主链断裂，必须控制在一定范围内，但因此会导致自由基产生量少。六、以滑石粉填充聚丙烯体系为例，简述硅烷偶联剂在聚合物/无机填料复合体系的作用原理。答：当应用于填料表面处理时，硅烷偶联剂分子中的X部分首先在水中水解成反应性活泼的多羟基硅醇，然后与滑石粉表面的羟基缩合而牢固结合，偶联剂的另一端Y基于聚丙烯大分子长链形成物理缠结。硅烷偶联剂的作用机理如下:SiXXX水解RSiOHOHOHR吸附SiOHROHHOHOHOR-Si-O缩合R-Si-OO七、以碳酸钙填充聚乙烯体系为例，简述钛酸酯偶联剂（TSS）在聚合物/无机填料复合体系的作用原理。答：烷氧基与碳酸钙表面的羰基结合，亲有机端的长链R基于聚乙烯大分子长链发生缠结，从而使填料与聚合物偶联。钛酸酯偶联剂作用机理示意图如下：OHCOOHOHHTTSOCOOOTi-[OOCCH(CH3)(CH2)14-CH3]3-Ti-[OOCCH(CH3)(CH2)14-CH3]3-Ti-[OOCCH(CH3)(CH2)14-CH3]3Ti-[OOCCH(CH3)(CH2)14-CH3]3+(CH3)2-CH-OH八、填料的表面处理剂主要有哪几类，常用的表面方法有哪些？答：表面活性剂、偶联剂、有机高分子和无机物。表面包覆法，包括干法、湿法和现场加工处理法。其他表面处理法有：1、填料的表面聚合处理；2、等离子体处理；3、辐照处理。九、请解释下列名词：热塑性弹性体、互穿聚合物网络（IPN）、银纹化答：热塑性弹性体：一种兼有塑料盒橡胶特性，高温下具有可塑化成型，常温下具有橡胶的弹性，实现了高弹、强度、热塑性的完美结合的材料。IPN：有两种或两种以上聚合物通过分子链段网络的相互贯穿缠结并以化学键合方式各自交联而形成的一种网络状聚合物共混物。银纹化：玻璃态聚合物在应力作用下会产生应力发白，应力发白的原因是产生了银纹，这种产生银纹的现象叫银纹化。十、聚合物共混物形态结构的基本类型有哪些？并简述各自的特点？答：1、单相连续结构，一相连续，可以看作是分散介质，又称为基体，另一相分散在连续相中，称为分散相，又称为相微区；2、两相连续结构，两组分构成连续相；3、两相交错或互锁结构，没有一相形成贯穿整个试样的连续相，而且两相相互交错形成排列，难以区分连续相和分散相。十一、聚合物共混物大形变的形变机理有哪些？并简述其影