聚合物共混改性原理复习题

聚合物共混改性原理高分子科学与工程学院1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，但是对于钛酸聚合物共混改性原理高分子科学与工程学院2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聚合物共混改性原理高分子科学与工程学院3七、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？并简述其影响因素。答：大形变包括两种可能过程：一是剪切形变过程，而是银纹化过程。剪切形变包括弥散型剪切屈服形变和形成局部剪切带剪切形变只是使物体的形状发生改变，分子间的内聚能和物体的密度基本不受影响，影响因素：1、外力超过屈服应力，2、聚合物的应力软化作用，3、结构上的缺陷或其它的原因造成的应力集中。银纹化，即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。聚合银纹化影响因素：1、分子量，分子量高时银纹强度大，不易破裂成裂纹；2、分子取向，平行于取向施加应力银纹化受抑制，产生大量细而短的银纹，垂直方向上，易于产生银纹，产生少量而粗的银纹；3、环境的影响，环境对聚合物的破坏有重要影响，某些有机物可以大大加速聚合物开裂的速度。十二、影响聚合物共混物的因素有哪些？如何影响？此题范围太广，阐述主要因素即可。答：（1）相容性：相容性最主要影响共混物的力学性能，相容性差，界面粘结不良，相容性好界面粘结紧密，能够综合各组分的优良性能。影响相容性的因素有溶度参数、共聚物组成、极性、表面张力、结晶能力、粘度和分子量。聚合物共混改性原理高分子科学与工程学院4（2）制备方法：共混物制备技术主要影响混合效果，得到不同程度相容性的共混物，从而影响力学性能、加工流动性等性能。（3）填充改性。通过填充物的性能、种类、用量、分散效果及与树脂基体的结合情况影响聚合物的各种性能，如增韧增强。十三、聚合物共混物相容性分哪两类？各自的定义是什么？画出聚合物共混物的UCST、LCST相图。答：分为热力学相容性和机械相容性。热力学相容性：指在任何比例混合时，聚合物都能形成分子分散的，热力学稳定的均相体系，即在平衡态下聚合物大分子达到分子水平或链段水平的均匀分散。机械相容性：聚合物各组分之间存在一定的相界面亲和力，且分散较均匀，分散相粒子尺寸不太大，具有良好的物理机械性能。图略。十四、聚合物共混物的制备方法有那些？各有什么特点？答：1、简单机械混合，直接将两种聚合物进行混合，聚合物均是完全相容体系，物料的混合过程通常依靠扩散、对流和剪切三种作用完成，通常只有物理变化，包括干粉共混法、熔体共混法、溶液共混法和乳液共混法。2、反应性共混技术：两种或者多种聚合物在混炼过程中同时伴随一种或多种聚合物的化学反应，最终导致聚合物之间产生化学键接，包括反应性密炼和反应性挤出。3、共聚-共混法：首先制备一种聚合物，然后将其溶于另一种聚合物的单体中，形成均匀溶液后引发单体与原先的聚合物发生接枝共聚，同时单体还会发生均聚作用。4、IPN技术：它含有两种聚合物材料，其中每一种聚合物都是网状结构，每种聚合物必须在另一种聚合物直接存在下进行聚合或交联或者既聚合又交联。包括顺序IPN、同时互穿网络SIN、互穿弹性体网络IEN。十五、填料的主要表面处理剂有哪些种类？以水解型硅烷偶联剂为例简述偶联剂在填充聚合物中的作用机理。答：表面活性剂、偶联剂、有机高分子和无机物。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，然后与填料表面的羟基缩合而牢固结合，偶联剂的另一端Y基于聚合物大分子长链形成物理缠结或化学结合。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十六、用于短纤维增强的热塑性聚合物的双螺杆挤出机的螺杆可分为哪些区段？排气区的螺杆构型有何特点？答：固体输送区、熔融区、混合区、排气区和熔体输送区。排气区入口位置设立反螺纹或反向捏合块，将熔体密封，建立起高压；排气区采用大导程螺纹元件，以形成低充满度和薄的熔体层，使物料有可暴露的自由表面，或采用多头小导程螺纹元件，增加熔体表面的更新速度，以利于气体的排除与挥发。十七、结合聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的结构，简述聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的性能特点。答：部分聚合物填充于层状硅酸盐的层间间隙，具有纳米尺度效应和很强的有机-无机界面结合力，并且大分子链在层间有一定取向。由于硅酸盐刚性比聚合物打和大分子链取向，材料具有高模量；插层的聚合物能够吸收能量，阻止裂纹扩展，减少应力集中点从而具有高强度；大分子被限制在夹层内，链段热运动受阻，故材料表现出优良的耐热性和稳定性。聚合物共混改性原理高分子科学与工程学院5十八、简述聚合物纳米复合材料的定义及其主要的制备方法。答：聚合物纳米复合材料，即两相或多相的含聚合物混合物中至少有一相的一维尺度小于100nm量级的复合材料。1、溶胶-凝胶法：将前驱物溶于水或有机溶剂形成均质溶液，溶质发生水解反应生成纳米级粒子并形成溶胶，溶胶经蒸发干燥转变为凝胶，包括原位溶胶法、溶胶-原位聚合法和有机无机同步聚合法。2、原位聚合法：应用在位填充使纳米粒子在单体中均匀分散，然后在一定条件下就地聚合。3、共混法：首先合成出各种形态的纳米粒子，再通过各种方式将其与有机聚合物混合，包括溶液、乳液、熔融和机械共混法。4、插层法：利用层状无机物为无机相，将有机物作为另一相插入无机相的层间，制得聚合物/层状纳米复合材料的方法，包括原位插层聚合法、溶液插层法、熔体插层法、剥离-吸附法和模板聚合法。补充题一、名词解释剪切带：在一定的条件下，聚合物产生明显的局部剪切形变，形成所谓的剪切带。胞状共混形态：分散粒子似胞状，胞壁由连续相成分构成，胞本身由分散相成分构成，包内又包含连续相成分形成的细小的包容物。相反转：制备聚合物共混物的过程中，原分散相转变为连续相，原连续相转变为分散相的过程。填料：一种固体材料，它具有通过自身的物理特性和表面相互作用或没有表面相互作用，来改变材料的物理和化学性质的能力。表面活性剂：指极少量即能改变物质表面或界面性质的物质。机械共混物：是通过采用双辊素炼、密炼，挤出机挤出等方式，将两种聚合物在熔融状态下机械混合制备的共混物。二、试描述二元相图（UCST和LCST）中典型的三个区域的相容性情况。说明UCST和LCST的概念和意义。答：在UCST以上或LCST以下的温度，二元共混物以所有比例完全混容。在UCST以下或LCST以上的温度只有当体系中一个组分含量较小时才能实现两组分的完全相容，即只观察到单一相。在中间组