第2章聚合物共混的基本概念
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1、1第第2章章 聚合物共混的基本概念聚合物共混的基本概念内容提要：内容提要：介绍聚合物共混的基本定义、共混方法分类、介绍聚合物共混的基本定义、共混方法分类、共混物的形态学要素，以及对于聚合物共混理共混物的形态学要素，以及对于聚合物共混理论至关重要的相容性概念。论至关重要的相容性概念。22.1 聚合物共混的定义聚合物共混的定义2.1.1 狭义的与广义的共混狭义的与广义的共混 广义的混合过程广义的混合过程的目的，在于减少混合体系的目的，在于减少混合体系的非均匀性，或者说是增加混合体系的均匀的非均匀性，或者说是增加混合体系的均匀性。为达到这一目的，要靠混合体系各组分性。为达到这一目的，要靠混合体系各组
2、分间的物理运动来完成。间的物理运动来完成。 物理共混物理共混就成为最基本的共混方式，但是，就成为最基本的共混方式，但是，化学反应化学反应在聚合物共混体系形成中的作用也在聚合物共混体系形成中的作用也不容忽视。不容忽视。 3 首先，按宽泛的聚合物共混概念，共混改性应首先，按宽泛的聚合物共混概念，共混改性应包括包括物理共混、化学共混和物理化学共混物理共混、化学共混和物理化学共混三三大类型。其中，物理共混大类型。其中，物理共混(主要方法是熔融共主要方法是熔融共混混)就是通常意义上的就是通常意义上的“混合混合”。物理化学。物理化学共混是兼有物理混合和化学反应的过程，包括共混是兼有物理混合和化学反应的过程
3、，包括反应共混和共聚共混。其中，反应共混反应共混和共聚共混。其中，反应共混(如反如反应挤出应挤出)是以物理共混为主，兼有化学反应，是以物理共混为主，兼有化学反应，可以附属于物理共混；共聚共混则是以共聚为可以附属于物理共混；共聚共混则是以共聚为主，兼有物理混合。而化学共混主，兼有物理混合。而化学共混譬如譬如IPN则则已超出通常意义上的已超出通常意义上的“混合混合”的范畴，而应列的范畴，而应列入聚合物化学改性的范畴了。入聚合物化学改性的范畴了。4 由于由于物理共混物理共混，特别是物理共混中的熔融，特别是物理共混中的熔融共混，有着更广泛的工业应用意义，因而，共混，有着更广泛的工业应用意义，因而，本课
4、程主要介绍物理共混本课程主要介绍物理共混(重点是熔融共混重点是熔融共混)，以及附属于物理共混的反应共混。以及附属于物理共混的反应共混。5 聚合物共混物与共聚高分子的区别：聚合物共混物与共聚高分子的区别：聚合物共混物聚合物共混物共聚高分子共聚高分子 无规共聚物无规共聚物 交替共聚物交替共聚物 嵌段共聚物嵌段共聚物 接枝共聚物接枝共聚物AAAAAAAAAABBBBB物理结合少量化学键BAAAABBBAAAABBBAAAABBAAAAAAABBBB BBBBB6 如果如果将聚合物共混的涵义限定在物理共混的将聚合物共混的涵义限定在物理共混的范畴之内，则可对聚合物共混作出如下定义：范畴之内，则可对聚合物
5、共混作出如下定义：聚合物共混，是指两种或两种以上聚合物经聚合物共混，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。混合制成宏观均匀物质的过程。共混的产物共混的产物称为聚合物共混物。称为聚合物共混物。对这一聚合物共混的概对这一聚合物共混的概念，还可以加以延伸，使聚合物共混的概念念，还可以加以延伸，使聚合物共混的概念扩展到附属于物理共混的物理化学共混的扩展到附属于物理共混的物理化学共混的范畴。更范畴。更广义的共混还包括以聚合物为基体广义的共混还包括以聚合物为基体的无机填充共混物。的无机填充共混物。此外，聚合物共混的涵此外，聚合物共混的涵盖范围还可以进一步扩展到短纤维增强聚合盖范围还可以进一
6、步扩展到短纤维增强聚合物体系。物体系。72.1.2 与共混相关的多元体系范畴与共混相关的多元体系范畴(1)高分子合金高分子合金 在工业应用中，高分子合金常被特指聚合物共混物。在工业应用中，高分子合金常被特指聚合物共混物。(2)复合材料复合材料 复合材料是由两个或两个以上独立的物理相组成的复合材料是由两个或两个以上独立的物理相组成的固体产物，其组成包括基体和增强材料两部分。固体产物，其组成包括基体和增强材料两部分。 (3)杂化材料杂化材料 杂化材料杂化材料(hybrid)的概念源于化学中的杂化轨道的概念源于化学中的杂化轨道,其其定义为：两种以上不同种类的有机、无机、金属材料，定义为：两种以上不同
7、种类的有机、无机、金属材料，在原子、分子水平上杂化，产生具有新型原子、分子在原子、分子水平上杂化，产生具有新型原子、分子集合结构的物质，含有这种结构要素的物质称为杂化集合结构的物质，含有这种结构要素的物质称为杂化材料。材料。 82.2 共混改性的主要方法共混改性的主要方法 共混改性的基本类型分为物理共混、化学共混和物理共混改性的基本类型分为物理共混、化学共混和物理化学共混三大类。化学共混三大类。(1)熔融共混熔融共混熔融共混是将聚合物组分加热到熔融状态后进行共熔融共混是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。工业应用的混，是应用极为广泛的一种共混方法。工业应用的绝大
8、多数聚合物共混物均采用熔融共混。绝大多数聚合物共混物均采用熔融共混。 (2)溶液共混溶液共混 溶液共混是将聚合物组分溶于溶剂后，进行共混。溶液共混是将聚合物组分溶于溶剂后，进行共混。(3)乳液共混乳液共混 乳液共混是将两种或两种以上的聚合物乳液进行共乳液共混是将两种或两种以上的聚合物乳液进行共混的方法。混的方法。 (4)釜内共混釜内共混釜内共混是两种或两种以上聚合物单体同在一个聚釜内共混是两种或两种以上聚合物单体同在一个聚合釜中完成其聚合过程，在聚合的同时也完成了共合釜中完成其聚合过程，在聚合的同时也完成了共混。混。 92.3 2.3 组分含量的表示方法组分含量的表示方法 (1)(1)质量份数
9、质量份数(PHR)(PHR) 通常以主体聚合物的质量为通常以主体聚合物的质量为100100份，其它组分的含份，其它组分的含量以相对于主体聚合物的质量份数表示。特别适合量以相对于主体聚合物的质量份数表示。特别适合于工业试验中的配方研究。于工业试验中的配方研究。 (2)(2)质量分数质量分数(w)(w) 共混组分的质量分数来表征组分含量，是科学研究共混组分的质量分数来表征组分含量，是科学研究论文论文( (特别是应用基础研究论文特别是应用基础研究论文) )中经常采用的方法。中经常采用的方法。其优点在于可以反映出某一组分在体系中所占的比其优点在于可以反映出某一组分在体系中所占的比例。例。 (3)(3)
10、体积分数体积分数() ) 共混过程的进行以及共混物的形态，都与共混组分共混过程的进行以及共混物的形态，都与共混组分的体积有密切关系。体积分数是共混研究，特别是的体积有密切关系。体积分数是共混研究，特别是理论研究中重要的表征方法。当共混组分的密度相理论研究中重要的表征方法。当共混组分的密度相差较大时，应采用体积分数的表示方法，或将质量差较大时，应采用体积分数的表示方法，或将质量分数与体积分数相对照。分数与体积分数相对照。102.4 关于共混物形态的基本概念关于共混物形态的基本概念 共混物的共混物的形态形态与共混物的与共混物的性能性能有密切有密切关系关系，而共混物的而共混物的形态形态又受到共混又受
11、到共混工艺工艺条件和共混条件和共混物组分物组分配方配方的影响。于是，共混物的形态分的影响。于是，共混物的形态分析就成了研究共混析就成了研究共混工艺工艺条件、共混物组分条件、共混物组分配配方方与共混物与共混物性能性能关系的重要中间环节。关系的重要中间环节。 112.4.1 共混物形态的三种基本类型共混物形态的三种基本类型 共混物的形态可分为三种基本类型：其共混物的形态可分为三种基本类型：其一是均一是均相体系相体系；其；其二被称为二被称为“海海-岛结构岛结构”，这是一，这是一种两相体系，且一相为连续相，一相为分散相，种两相体系，且一相为连续相，一相为分散相，分散相分散在连续相中，就好像海岛分散在大
