高分子物理高分子的多组分体系省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

n 高分子多组分体系是指二元以上组高分子多组分体系是指二元以上组分共混聚合物和二元以上组分共聚物。分共混聚合物和二元以上组分共聚物。第四章第四章 高分子多组分体系高分子多组分体系第1页共混聚合物共混聚合物 所谓所谓共混聚合物共混聚合物(polymer blend)是经过简单工艺过程把是经过简单工艺过程把两种或两种以上均聚物或共聚物或不一样分子量、不一样两种或两种以上均聚物或共聚物或不一样分子量、不一样分子量分布同种聚合物混合而成聚合物材料，也称分子量分布同种聚合物混合而成聚合物材料，也称聚合物聚合物合金合金。经过共混能够取得原单一组分没有一些新综合性能，经过共混能够取得原单一组分没有一些新综合性能，而且可经过混合组分调配（调整各组分相对含量）来取得而且可经过混合组分调配（调整各组分相对含量）来取得适应所需性能材料。适应所需性能材料。共混与共聚作用相类似，共混是经过物理方法把不一样共混与共聚作用相类似，共混是经过物理方法把不一样性能聚合物混合在一起；而共聚则是经过化学方法把不一性能聚合物混合在一起；而共聚则是经过化学方法把不一样性能聚合物链段连在一起。样性能聚合物链段连在一起。4.1 4.1 高分子共混物相容性高分子共混物相容性第2页经过共混可带来多方面好处：经过共混可带来多方面好处：（1）改进高分子材料机械性能；）改进高分子材料机械性能；（2）提升耐老化性能；）提升耐老化性能；（3）改进材料加工性能；）改进材料加工性能；（4）有利于废弃聚合物再利用。）有利于废弃聚合物再利用。共混与共聚相比，工艺简单，但共混时存在相容性问题，若共混与共聚相比，工艺简单，但共混时存在相容性问题，若两种聚合物共混时相容性差，混合程度（相互分散程度）很差，两种聚合物共混时相容性差，混合程度（相互分散程度）很差，易出现宏观相分离，达不到共混目标，无实用价值。易出现宏观相分离，达不到共混目标，无实用价值。经过加入相容剂（增容剂）来提升聚合物共混相容性。经过加入相容剂（增容剂）来提升聚合物共混相容性。4.1 4.1 高分子共混物相容性高分子共混物相容性第3页4.1 高分子共混物相容性高分子共混物相容性两组分相容两组分相容两组分不相容两组分不相容第4页-两相共存线或相平衡线两相共存线或相平衡线4.1 4.1 高分子共混物相容性高分子共混物相容性第5页第6页 假定假定NA个链段数为个链段数为xA高分子高分子A和和NB个链段数个链段数为为xB高分子高分子B混合，二者体积分数分别为混合，二者体积分数分别为 和和 依据依据Flory晶格模型理论可知非晶高聚物混合熵晶格模型理论可知非晶高聚物混合熵和混合焓分别为：和混合焓分别为：共混高聚物相分离热力学解释：共混高聚物相分离热力学解释：第7页混合自由能：混合自由能：可调整温度和浓度是可调整温度和浓度是小于某临界值小于某临界值c，使共，使共混物混物FM变小而到达完全互溶。变小而到达完全互溶。第8页第9页讨论：当当T1T2Tbn（Tsp亚亚稳极限温度），曲线出现稳极限温度），曲线出现两个极值和两个拐点。用两个极值和两个拐点。用 表示存在一条唯表示存在一条唯一共切线在自由能上同时一共切线在自由能上同时产生两个共切点，此时两产生两个共切点，此时两共切点化学位相等，此时共切点化学位相等，此时尽管在整个组成范围内尽管在整个组成范围内FMTsp FM均均大于零大于零两种聚合物只两种聚合物只有在很窄浓度范围才有在很窄浓度范围才能互溶能互溶 第12页 假如将一系列不一假如将一系列不一样温度下样温度下FMFM对对曲线曲线上满足相平衡化学位相上满足相平衡化学位相等条件两个共切点位置等条件两个共切点位置连起来，即得到图中实连起来，即得到图中实线，就是两相共存线。线，就是两相共存线。若将一系列拐点连起来，若将一系列拐点连起来，即得到图中虚线，称为即得到图中虚线，称为亚稳极限线。亚稳极限线。第13页第14页n假定A和B两种高分子分子量相等，x A=xB=x，则c=2/x聚合物x很大，故c很小，所以极难满足，所以聚合物之间要完全互溶极少。第15页第16页第17页比如共混物初始浓度为比如共混物初始浓度为0 0，当图中体系初始温度为当图中体系初始温度为T T1 1TTbnbn时是互容，体系混合自由能时是互容，体系混合自由能FFM M为负值，体系很稳定，不为负值，体系很稳定，不会分相。当初始温度升高到会分相。当初始温度升高到略高于两相共存线温度，即略高于两相共存线温度，即温度温度T T2 2时，体系处于亚稳区，时，体系处于亚稳区，假如体系有微小变动则仍稳假如体系有微小变动则仍稳定，只有较大浓度改变体系定，只有较大浓度改变体系会分相，形成一个相分布在会分相，形成一个相分布在另一个相中另一个相中“海岛海岛”结构。结构。第18页n上述分相过程需克服成核位垒，被称为成核-生长。因为成核不分先后，故形成相结构轻易大小不均一。第19页当初始温度升高到高于亚稳当初始温度升高到高于亚稳极限线温度，及极限线温度，及T3时，则体时，则体系处于不稳区，开始时两相系处于不稳区，开始时两相组成差异很小，无需大热涨组成差异很小，无需大热涨落，体系就会自发出现浓度落，体系就会自发出现浓度周期波动，最终也分离成两周期波动，最终也分离成两相，但此时非相，但此时非“海岛海岛”结构结构而是而是“网络状网络状”相分布在另相分布在另一相中，这种分相过程称为一相中，这种分相过程称为亚稳极限分解，见图亚稳极限分解，见图4-5b，形成相结构相对比较均一。形成相结构相对比较均一。第20页第21页e.p:用用5顺丁橡胶顺丁橡胶PS溶液在搅拌下聚合而成溶液在搅拌下聚合而成高抗冲聚苯乙烯高抗冲聚苯乙烯 HIPS 颗粒状颗粒状“岛岛”是橡胶相，分散在连续聚苯乙是橡胶相，分散在连续聚苯乙烯塑料相之烯塑料相之“海海”中。从较大橡胶颗粒内部，中。从较大橡胶颗粒内部，还可能观察到包藏着许多聚苯乙烯。还可能观察到包藏着许多聚苯乙烯。第22页HIPS海岛结构海岛结构 第23页共混高聚物四种类型共混高聚物四种类型1 分散相软（橡胶）分散相软（橡胶）-连续相硬（塑料）连续相硬（塑料）比如：橡胶增强塑料（比如：橡胶增强塑料（ABS、HIPS）2 分散相硬分散相硬-连续相软连续相软 比如：热塑性弹性体（比如：热塑性弹性体（SBS）3 分散相软分散相软-连续相软连续相软 比如：天然橡胶与合成橡胶共混比如：天然橡胶与合成橡胶共混4 分散相硬分散相硬-连续相硬连续相硬 比如：比如：PE改性改性PC第24页第25页第26页共混物研究方法第27页第28页第29页第30页4.3 4.3 嵌段共聚物熔体与嵌段共聚物溶液嵌段共聚物熔体与嵌段共聚物溶液 n4.3.1 嵌段共聚物微相分离嵌段共聚物微相分离 嵌段共聚物在一定温度下会发生相嵌段共聚物在一定温度下会发生相分离，因为嵌段间经过化学键连接，形分离，因为嵌段间经过化学键连接，形成平均相结构微区只有几十至几百纳米，成平均相结构微区只有几十至几百纳米，与单个嵌段尺寸差不多。与单个嵌段尺寸差不多。发生微相分离相转变温度被称为微发生微相分离相转变温度被称为微相分离温度相分离温度TMST或者有序或者有序-无序转变温度无序转变温度TODT第31页第32页n溶剂没有强选择性溶剂没有强选择性普通高分子溶液普通高分子溶液n溶剂有强选择性：溶剂有强选择性：在一定条件下，与溶剂作用强嵌段与溶剂混在一定条件下，与溶剂作用强嵌段与溶剂混合，另一嵌段与其它链上相同嵌段聚集，形合，另一嵌段与其它链上相同嵌段聚集，形成胶束。形成胶束临界条件分别称为成胶束。形成胶束临界条件分别称为临界胶临界胶束浓度束浓度CMC和和临界胶束温度临界胶束温度CMT。4.3.2 嵌段共聚物溶液性质嵌段共聚物溶液性质第33页 嵌段聚合物浓度增加，胶束逐步发生交叠，形嵌段聚合物浓度增加，胶束逐步发生交叠，形成物理凝胶，几乎不能流动，形成凝胶临界浓成物理凝胶，几乎不能流动，形成凝胶临界浓度被称为度被称为临界凝胶浓度临界凝胶浓度。第34页对对PI有选择性正癸烷溶剂中有选择性正癸烷溶剂中PS-b-PI光散射数据光散射数据25 x 45 55 65第35页第36页第37页胶形成。胶形成。第38页