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1、第3章高分子溶液 相平衡Phaseequilibriumofpolymersolution 3 3相平衡 渗透平衡交联聚合物的溶胀平衡高分子溶液的相分离高分子共混物的相分离 3 3 1渗透平衡 Semipermeablemembrane半透膜 渗透压 在恒温的条件下 压力的微小变化引起的溶液化学位的变化如下 达到渗透平衡时 溶液中溶剂的化学位与纯溶剂的化学位相等 因为压力使溶液中溶剂的化学位增加 Flory Huggins晶格模型理论结果 第二 第三Virial系数 Discussion1 从纵轴的截距可求聚合物的相对分子质量从直线的斜率可计算第二维利系数 Discussion2 Thesec
2、ondVirialcoefficient A2与c1相似 也是高分子与溶剂分子间相互作用的反映 但A2可以直接从实验中得到 它们都与高分子在溶液中的形态有密切关系 溶剂 良溶剂 A2 0 A2 0 线团扩张 无扰线团 温度与A2的关系 对于同一高分子 溶剂体系 改变体系的温度 则有 0 q 3 3 2相分离 高分子溶液作为由聚合物和溶剂组成的二元体系 在一定条件下可分为两相 其为一相为含聚合物较少的 稀相 另一相为含聚合物较多的 浓相 这种现象称之为相分离对于聚合物和溶剂都确定的体系 相分离发生与否同温度有关高分子溶液的温度降低到某一特定温度以下而发生相分离 该温度称为高临界共溶温度 UCST
3、 高分子溶液的温度升高到某一特定温度以上而发生相分离 该温度称为低临界共溶温度 LCST 热力学分析 假设体系的总体积为V 格子的摩尔体积为 体系是否在任何比例下皆为均匀的一相呢 如果溶解过程吸热 如果溶解过程放热 DGM j2关系曲线与x和c1的大小有关 当x一定时 当c1TC时 当c1 c1C或T TC时 当c1 c1C或T TC时 j j ja jb 当c1 c1C或T TC时 曲率半径大于0 体系为均相 体系可能分相处于亚稳态 体系自发相分离 当c1 c1C或T TC时 曲线的极小值点与拐点都恰好趋于一点 此时 在高分子 溶剂和温度都确定时 体系发生相分离与否同分子量有关 当x 1时
4、确定q温度的另一种方法 在相分离的临界状态 3 3 3聚合物共混物的相分离 设A B两种高分子链中分别含有xA和xB个链段 高分子的物质的量分别为nA和nB 设A B两种高分子链段的摩尔体积相等 均为 体系的总体积为V j j ja jb 当c1TC时 当c1 c1C或T TC时 当c1 c1C或T TC时 如果xA xB 图形将出现不对称的情况 但讨论结果不变 双节线Binodalcurve 旋节线Spinodalcurve 在临界点 CriticalPoint 时 1 双节线的导数为0 2 旋节线的导数为0 Discussion1 高分子的相对分子质量分级 Dissolutionmetho
5、d溶解法Settlingmethod沉淀法Coolingmethod冷却法 溶解分级沉淀分级冷却分级 Discussion2 1 c1C随试样的分子量的增大而减小 2 高分子的xA和xB都很大 c1C值很小 3 对于大多数高分子共混物 c1 c1C 它们是不相容的 增容的方法 1 原位增容 Nylon PP MAHgraftedintoPP 2 加入第三组分 PS PMMA PS b PMMA PS Nylon PS g PEO PE PP EPR Discussion3相分离机理 1 旋节线机理 ja jA jb 相分离是自发且连续的 随着时间的延长 两相组成差别增大 直至各自接近平衡浓度
6、j 和j 2 成核与生长机理 j jA ja或jb jA j 相分离不是自发的 但在震动 杂质或过冷条件下会零星成核 其它高分子会扩散至核进行生长 直至组成为平衡浓度 PPO SEBS g MAH合金 旋节线机理 双连续相网状结构 PPO SEBS g MAH 85 15时冲击强度从70J M 纯PPO 增加到1000J M PVC CPE合金的相态结构 成核生长机理 海岛结构 PVC CPE 85 15时冲击强度从60J M 纯PVC 提高到500J M 3 4聚合物的浓溶液 增塑PlasticizationPVCaddsDOP Dioctylphthalate 邻苯二甲酸二辛酯溶液纺丝So
7、lventSpinning熔融纺丝Meltspinning溶液纺丝Solventspinning凝胶Gel和冻胶Gelation 高聚物的增塑Plasticization 增塑剂Plasticizer 添加到线形高聚物中使其塑性增加的物质 聚合物增塑剂聚氯乙烯邻苯二甲酸二丁酯DBP 邻苯二甲酸二辛酯DOP 磷酸三甲酚酯硝酸纤维素樟脑 DBP 蓖麻油醋酸纤维素DBP 邻苯二甲酸二乙酯 磷酸三苯酯聚甲基丙烯酸甲酯DBP天然橡胶矿物油 煤焦油 增塑剂的选择 互溶性一般要求增塑剂是高聚物的良溶剂 有效性由于增塑剂的加入 一方面提高了产品的弹性 耐寒性和抗冲击性 另一方面却降低了它的硬度 耐热性和抗张强度 耐久性为了使产品的性能在长期使用下保持不变 就要求增塑剂稳定地保存在制品中 内增塑与外增塑 外增塑 即外加增塑剂的方法内增塑 对某些结晶性高聚物或强极性高分子 采用化学的方法进行增塑 即在高分子链上引入其它取代基或短的链段 使结晶破坏 分子链变柔 易于活动 这种方法称为内增塑 共聚作用 本章总结 高分子的溶解溶度参数与溶剂的选择原则高分子溶液的热力学性质混合熵 热 自由能及化学位c1 A2 q及u的值与高分子在溶液中的形态相平衡渗透平衡相分离
