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聚合物之间的相容性

一、熔融共混 ——将聚合物组分加热到熔融状态后进行共混,是应用极
为广泛的一种共混方法。 工业上熔融共混时采用密炼机、开炼机、挤出机等加工机械进
行的,是一种机械共混的方法。 工业应用的绝大多数聚合物共混物都是用熔融共混的方法制备
的。 二、溶液共混
——将聚合物组分溶于溶剂后进行共混。 溶液共混主要应用于基础研究领域。 该方法简便易行、用料量少,制备的样品,其形态和性能与熔
(4) 扩散能力相近原则(分子动力学原则):
已知在界面层上两相高分子链段相互渗透,扩 散。若扩散能力相近,易形成浓度变化较为对称的 界面扩散层,提高材料物理、力学性能。
(5) 等粘度原则(流变学原则):
指两相高分子熔体或溶液粘度接近,易混合均 匀混合。若粘度相差较大、易发生“软包硬”,或 粒子迁移等流动分级现象,影响共混质量。
两种混合高分子颗粒表面接触处形成较稳定的界面层,从而 提高共混稳定性。 (3) 溶解度参数相近原则(热力学原则):两相高分子共混不同 于高分子溶液。两相共混的目的是取长补短,开发新性能, 因此并不要求两相一定达到分子级的均匀混合,而希望各相 保持各自的特性,一般要求达到微米级的多相结构即可,即 所谓“宏观均相,微观非均相”的分相而又不分离的状态。 但是,为了混合的稳定性,为了提高力学性能,要求两相颗 粒界面之间有一定的微小混溶层。溶解度参数相近有助于稳 定混溶层的形成。
融共混的样品有较大差异。 三、乳液共混
——将两种或两种以上的聚合物乳液进行共混的方法。
(三) 关于共混物形态的基本概念
一、共混物形态的三种基本类型
1、均相体系 2、“海-岛结构”
——是一种两相体系,且一相为连续相,一相为分散相。 3、“海-海结构”
——是两相体系,两相皆为连续相,相互贯穿。
均相体系共混物的性能往往介于各组分单独存在 时的性能之间,而两相体系共混物的性能,则有可 能超出各组分单独存在时的性能。
二、共混物的“均相”概念
高分子领域,即使在均聚物中,亦会有非均相结构存在,均 相体系判定标准:
——如果一种共混物具有类似于均相材料所具有的性能,认为 是具有均相结构的共混物。大多数情况下,,用玻璃化转变温度作 为评定标准,如果两种聚合物共混后,形成的共混物具有单一的 Tg,可认为是均相体系,如形成的共混物有两个,可认为该共聚物 为两相体系。
完全相容、部分相容与不相容
全互溶情形
常压下,若在确定的温度,两 相物质以任意配比混和都能互溶为均 一相体系,称为全互溶。其混合Gibbs 自由能变化曲线如图所示。
此时除满足必要条件△G m<0外, 还需满足充分条件(即极小值条件):
此时若要发生相分离,必使其 自由能增高,这种过程不能自发地进 行。由图可见,任何活化因素引起的 相分离都能在能量自动下降的过程中, 重新趋于一相。ຫໍສະໝຸດ 三、与共混物形态有关的其他要素
1、分散度 ——指“海-岛结构”两相体系中分散相无聊的破碎程度,可
以 用分散相颗粒的平均粒径和粒径分布来表征。 2、均一性
——指分散相物料分散的均匀程度,亦即分散相浓度的起伏 大小。 3、相界面
——两相体系分散相与连续相之间的交界面。
高分子—高分子共混原则
(1) 极性相匹配原则:两相高分子材料极性相似,有助于混溶。 (2) 表面张力相近原则(胶体化学原则):表面张力相近,易在
部分互溶情形
若在某一温度T0下( T0<临界 温度Tc ,两相体系在某一组分比范围 内互溶为均一体系,而在另一组分比 范围内分离为两个相,称其为部分互 溶。
置与每一种聚合物自身的Tg峰是基本相同的。
二、相容性、互溶性与溶混性
1、互容性 ——亦可称为溶解性。具有互溶性的共混物,指达到了分
子程度的混合的共混物。在聚合物共混物中,分子程度的混 合时难以实现的。这概念未得到普遍接受。
2、具有溶混性的共混物,指可形成均相体系的共混物。判据 为具有单一的Tg。溶混性的概念相当于签署相容性概念中的 完全相容。
(四)关于相容性的基本概念
一、完全相容、部分相容与不相容
1、相容性 ——指共混物各组分彼此相互容纳,形成宏观均匀材料的
能力。 2、按相容的程度划分为完全相容、部分相容和不相容。 (1)完全相容的聚合物共混体系,其共混物可形成均相体系。 聚合物对形成的共混物具有单一的Tg。 (2)部分相容的聚合物,其共混物为两相体系。 (3)不相容聚合物的共混物也有两个Tg峰,且两个Tg峰的位
所谓聚合物之间的相容性(Miscibility),从热力
学角度而言,是指在任何比例混合时,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(Compatibility),是指能得到具有良
好物理、机械性能的共混材料时聚合物共混物之间的相 容性。这时,共混时聚合物各组分间存在一定的相界面 亲合力、且分散较为均匀,分散相粒子尺寸不太大。
2、高分子合金 ——指含多种组分的聚合物均相或多
相体系,包括聚合物共混物和嵌段、接枝 共聚物。且高分子合金材料通常应具有较 高的力学性能,可做工程塑料,在工业上 直接称为塑料合金。
高分子合金的概念不等同于聚合物共混物。
(二) 共混改性的主要方法
按共混时物料的状态分为熔融共混、溶液共混 和乳液共混等。
3、相容性
可涵盖溶混性的概念,包含了完全相容、部分相容等情况。
衡量聚合物相容性的三种定义
(1)热力学角度:指聚合物之间的相互溶解性,也 就是两种聚合物形成均相体系的能力。
(2)相结构的大小:两种聚合物混合时没有相分离 的明显迹象;
(3)共混物的性能:聚合物的共混物具有所希望的 物理性质。
聚合物共混物相容性概念
第一节 基本概念
(一)聚合物共混与高分子合金的概念
1、聚合物共混物(Polymer Blend) ——将两种或两种以上的聚合物按适当的比
例,经混合制成宏观均匀物质的过程。共混的产 物称为聚合物共混物。 聚合物共混物不但使各组分性能互补,还可根据 实际需要对其进行设计,以期得到性能优异的新 材料。 由于不需要新单体合成、无须新聚合工艺,聚合 物共混物是实现高分子材料高性能化、精细化、 功能化和发展新品种的重要途径。
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