第七章 高分子合金

PolymerAlloy第七章高分子合金概论1.分子合金的概念•传统合金：合金是指金属合金，即在一种金属元素基础上,加入其他元素,组成具有金属特性的新材料；是由两种或两种以上金属元素,或金属元素与非金属元素,一般通过熔炼而结合在一起并形成具有金属特性的物质。例如黄铜是以铜为基础的铜锌合金，钢铁是以铁为基础的铁碳合金。••分子合金：随科学的发展，后来提出了分子合金的概念。分子合金一般指分子中含两种金属以上的低分子物质,以及不同金属或其化合物与酸碱盐类经中和置换及络合与互溶而成的化合物、络合物或复合物以及其混合物。广义地说,如果将钢认为铁碳合金,则含一元金属的酸、碱、盐等低分子化合物,也可认为分子合金。•高分子合金:多组分聚合物，是由两种或两种以上高分子材料构成的复合体系〔树脂∽树脂,树脂∽少量橡胶,树脂∽热塑性弹性体〕,在熔融状态下,经过共混,由于机械剪切力作用,使部分高聚物断链,再接枝或嵌段,亦或基团与链段交换，从而形成聚合物∽聚合物之间的复合新材料高分子合金的制备方法•(1)物理共混：机械共混,溶液浇铸共混，乳液共混•(2)化学共混：接枝共聚，嵌段共聚聚合物共混物嵌段共聚物接枝共聚物e.g.PP+SBS,SBS,HIPSABSe.g.e.g.非均相共混高聚物的织态结构分子水平上的互混相容——均相体系•聚集态结构二个组分各自成相——非均相体系•高分子的相容性–体系相容应有：ΔF=ΔH-TΔS≤0–高分子/高分子混合过程吸热ΔH＞0–混合过程的ΔS＞0但数值很小结论：通常高分子/高分子混合体系是不相容的非均相共混高聚物的织态结构完全不相容——宏观上相分离非均相体系不完全相容——宏观上均相微观上相分离具有实用意义高分子合金材料非均相共混高聚物的织态结构织态结构:更高層次的一类结构描述不同组分的组成与构成典型的织态结构模型组分A增加,组分B减少非均相共混高聚物的织态结构两相织态结构--海岛结构：绝大多数高分子之间的混合物不能达到分子水平的混合，也就是说不是均相混合物，而是非均相混合物，俗称“两相结构”或“海岛结构特点：在宏观上不发生相分离，但微观上观察到相分离结构。e.p:用5％顺丁橡胶的PS溶液在搅拌下聚合而成的高抗冲聚苯乙烯HIPSHIPS的海岛结构共混高聚物的四种类型1分散相软（橡胶）-连续相硬（塑料）例如：橡胶增强塑料（ABS、HIPS）2分散相硬-连续相软例如：热塑性弹性体（SBS）3分散相软-连续相软例如：天然橡胶与合成橡胶共混4分散相硬-连续相硬例如：PE改性PC共混高聚物主要应用及性能特点•分散相软(橡胶)/连续相硬(塑料)E.P:橡胶增韧塑料:高抗冲聚苯乙烯HIPS(丁二烯改性苯乙烯)性能特点:大幅度提高韧性的同时较小影响PS的Tg较少降低材料的强度和模量HIPS的应用共混高聚物主要应用及性能特点•分散相硬(塑料)/连续相软(橡胶)E.P：热塑弹性体SBS苯乙烯-丁二烯-苯乙烯性能特点:使用时为聚丁二烯的性能加工时具有塑料的可塑性SBS应用共混高聚物主要应用及性能特点•分散相软(橡胶)/连续相软(橡胶)E.P：橡胶改性橡胶,天然橡胶改性合成橡胶•性能特点：将天然橡胶与顺丁橡胶共混可降低成本、改善加工性能及产品的耐磨性和抗挠性。改性橡胶的应用共混高聚物主要应用及性能特点•分散相硬(塑料)/连续相硬(塑料)E.P：软(硬)塑料改性硬(软)塑料聚乙烯改性聚碳酸酯性能特点：聚碳酸酯中加入少量聚乙烯，既改善其加工性能，又显著提高其抗冲击强度。改性塑料的用途高分子合金特点分析•绝大多数金属合金都是互容的均相体系•大多数高分子合金都是互不相容的非均相体系，而组分的相容性从根本上制约着合金的形态结构，是决定材料性能的关键。图1为完全相容、部分相容及不相容共混体系的性能与组成的关系。•图2为不同混合比的共混体系分散相粒径与冲击强度的关系。•分散相粒径越小，共混物抗冲击强度越大；•相容性越好，共混物力性能越优良。因此，•改善共混物组分间的相容性，进而进行相态设计和控制，是获得有实用价值的高性能高分子合金材料的一个重要课题。•反应性共混体系就是解决相容性问题的一个重要方法。反应性共混体系概念及具体分类•反应性共混体系是指在不相容或相容性较差的共混体系中加入（或就地形成）反应性聚合物，在混合过程中（例如挤出过程）与共混聚合物的官能团之间在相界面上发生反应，使体系相容性得到改善，起到增容剂的作用。•按其反应形式可分为三类:•(1)利用带官能团的组分在熔融共混时就地形成接枝共聚物或嵌段共聚物;•(2)加入至少能与其中一种共混组分起反应的聚合物,通过共价键或离子键起增容的作用;•(3)加入低分子组分起催化作用,使共混物的形成与交联反应同时进行。下面分类别讨论各种不同反应性共混体系的组成与性质(1)利用官能团反应的反应性共混体系•这一体系主要是利用含反应性官能团的聚合物之间的相互作用来起到增容的作用。•可反应性聚合物所带官能团多为酸酐基团、羧基或羧酸衍生物基团、胺基、羟基、环氧基、唑啉等基团。常见反应如表1所示：（2）利用共价键或离子键增容的反应性共混体系•向聚合物中引入能够产生离子相互作用的基团(如离子键、酸碱相互作用及氢键作用等)或共价键,也可以达到增容的目的。例如,聚合物中所含的吡啶或叔胺等基团可以与磺酸、羟酸以及离聚物形成离子键,从而改善高分子合金的相容性。例如，在ＰＡ6/ＰＥ共混体系中引入了含羧盐的乙烯-丙烯酸酯共聚物。由于体系内反应形成离子键,最终取得了理想的增容效果。（3）加入低分子组分起催化作用的反应性共混体系•向共混体系中添加某些起催化作用的低分子化合物,由于其能使共混组分在熔融共混过程中形成共聚物或产生交联,因而增加了体系的相容性。例如,在ＰＳ/ＰＥ共混体系中添加反应性的过氧化二异丙苯(ＤＣＰ)、三聚异氰脲酸三烯丙酯(ＴＡＩＣ)、硬脂酸(Ｓｔ)等作催化剂,取得了较好的增容效果。•高分子合金从最初以增韧为主要目的，到现在涉及到聚合物性能的各个方面，已有半个多世纪的发展历史。•目前，就高分子合金技术的应用范围而言，几乎渗透到所有的材料应用领域。从其发展趋势来看，还需要从技术上进一步探求高效的共混手段，开发新的相容剂品种。高分子合金反应增容的发展•而反应性增容技术作为高分子合金开发的一个关键技术，是改善高分子合金的相容性，增强相界面粘结力的有效途径之一。与非反应性增容剂相比，反应性增容剂具有用量少，成本低以及增容效果好等优点。•随着高分子合金向高性能、多功能、多元化方向发展，该技术具有较好的应用前景。Thankyou!