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1、Polymer Alloy 第七章第七章 高分子合金概论高分子合金概论1. 分子合金的概念分子合金的概念 传统合金：传统合金： 合金是指金属合金，即在一种金属元合金是指金属合金，即在一种金属元素基础上素基础上,加入其他元素加入其他元素,组成具有金属组成具有金属特性的新材料；是由两种或两种以上金特性的新材料；是由两种或两种以上金属元素属元素,或金属元素与非金属元素或金属元素与非金属元素,一般一般通过熔炼而结合在一起并形成具有金属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铜锌合金，钢铁是以铁为基础的铁碳合
2、金。金。 分子合金分子合金： 随科学的发展，后来提出了分子合金的概随科学的发展，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念。分子合金一般指分子中含两种金属以上的低分子物质低分子物质, ,以及不同金属或其化合物与酸碱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、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。络合物或复合物以及其混合物。 广义地说广义地说, ,如果将钢认为铁碳合金如果将钢认为铁碳合金, ,则含一则含一元金属的酸、碱、盐等低分子化合物元金属的酸、碱、盐等低分子化合物, ,也可认也可认为分子合金。为分子合金。 高分子合金
3、高分子合金: 多组分聚合物，是由两种或两种以多组分聚合物，是由两种或两种以上高分子材料构成的复合体系上高分子材料构成的复合体系树脂树脂 树树脂脂, 树脂树脂 少量橡胶少量橡胶, 树脂树脂 热塑性弹性热塑性弹性体体,在熔融状态下在熔融状态下,经过共混经过共混,由于机械由于机械剪切力作用剪切力作用,使部分高聚物断链使部分高聚物断链,再接枝再接枝或嵌段或嵌段,亦或基团与链段交换，从而形成亦或基团与链段交换，从而形成聚合物聚合物 聚合物之间的复合新材料聚合物之间的复合新材料高分子合金的制备方法高分子合金的制备方法(1)物理共混物理共混：机械共混机械共混,溶液浇铸共混，乳液共混溶液浇铸共混，乳液共混(2
4、)化学共混化学共混：接枝共聚，嵌段共聚接枝共聚，嵌段共聚聚合物共混物聚合物共混物嵌段共聚物嵌段共聚物接枝共聚物接枝共聚物e.g.PP+SBS, SBS, HIPSABSe.g.e.g.非均相共混高聚物的织态结构非均相共混高聚物的织态结构 分子水平上的互混相容分子水平上的互混相容均相体系均相体系聚集态结构聚集态结构 二个组分各自成相二个组分各自成相非均相体系非均相体系高分子的相容性高分子的相容性 体系相容应有：体系相容应有：F = H - TS 0 高分子高分子/高分子混合过程吸热高分子混合过程吸热H0 混合过程的混合过程的S 0但数值很小但数值很小 结论结论：通常高分子：通常高分子/高分子混合
5、体系是不相容的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 非均相体系非均相体系 不完全相容不完全相容 宏观上均相宏观上均相 微观上相分离微观上相分离 具有实用意义具有实用意义 高分子合金材料高分子合金材料非均相共混高聚物的织态结构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非均相共混高聚物的织态结构两相织态结构两相织态结构-海岛结构：海岛结构： 绝大多数高分子之间的混合物不能达到分绝大多数高分子之间的混合物不能达到分子水平的混合
6、，也就是说不是均相混合物，而子水平的混合，也就是说不是均相混合物，而是非均相混合物，俗称是非均相混合物，俗称“两相结构两相结构”或或“海岛海岛结构结构特点特点：在宏观上不发生相分离，但微观上观察：在宏观上不发生相分离，但微观上观察到相分离结构。到相分离结构。e.p:用用5顺丁橡胶的顺丁橡胶的PS溶液在搅拌下聚溶液在搅拌下聚 合而成的高抗冲聚苯乙烯合而成的高抗冲聚苯乙烯 HIPS HIPS的海岛结构的海岛结构 共混高聚物的四种类型共混高聚物的四种类型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） 例如：橡胶增强塑料（例如：橡胶增强塑料（ABS、HIPS）2 分散相硬分散相
7、硬-连续相软连续相软 例如：热塑性弹性体（例如：热塑性弹性体（SBS）3 分散相软分散相软-连续相软连续相软 例如：天然橡胶与合成橡胶共混例如：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 例如：例如：PE改性改性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: 橡胶增韧塑料橡胶增韧塑料 :高抗冲聚苯乙烯高抗冲聚苯乙烯 HIPS(丁二烯改性苯乙烯丁二烯改性苯乙烯) 性能特点性能特点:大幅度提高韧性的大幅度提高韧性的 同时较小影响同时较小影响PS的的 Tg较少降低材料的较少降低材料的 强度和模量强度和模量 HIPS的应用共混高聚物主要应用及性能特点
8、分散相硬 (塑料) / 连续相软 (橡胶) E.P：热塑弹性体热塑弹性体SBS 苯乙烯苯乙烯-丁二烯丁二烯-苯乙烯苯乙烯 性能特点性能特点: 使用时为聚丁二烯的性能使用时为聚丁二烯的性能 加工时具有塑料的可塑性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：橡胶改性橡胶橡胶改性橡胶, 天然橡胶改性合成橡胶天然橡胶改性合成橡胶性能特点性能特点：将天然橡胶与顺丁将天然橡胶与顺丁 橡胶共混可降低成本、改善加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。工性能及产品的耐磨性和抗挠性。改性橡胶的应用改性橡胶的应用共混高聚物主要应
9、用及性能特点分散相硬 (塑料) / 连续相硬 (塑料) E.P：软软(硬硬)塑料改性硬塑料改性硬(软软)塑料塑料 聚乙烯改性聚碳酸酯聚乙烯改性聚碳酸酯 性能特点性能特点： 聚碳酸酯中加入少量聚乙烯，既改善其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。加工性能，又显著提高其抗冲击强度。 改性塑料的用途改性塑料的用途高分子合金特点分析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绝大多数金属合金都是互容的均相体系大大多多数数高高分分子子合合金金都都是是互互不不相相容容的的非非均均相相体体系系，而而组组分分的的相相容容性性从从根根本本上上制制约约着着合合金金的的形形态
10、态结结构构，是是决决定定材材料料性性能能的的关键。关键。 图图1为为完完全全相相容容、部部分分相相容容及及不不相相容容共混体系的性能与组成的关系。共混体系的性能与组成的关系。图图2为不同混合比的共混体系分散相为不同混合比的共混体系分散相粒径与冲击强度的关系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分散相粒径越小，共混物抗冲击强度越大；大；相容性越好，共混物力性能越优良。因相容性越好，共混物力性能越优良。因此，此，改善共混物组分间的相容性，进而进行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
11、。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反应性共混体系就是解决相容性问题的一个重要方法。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。剂的作用。按其反应形式可分为三类
12、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加入低分子组分起催化作用,使共混物的形成与交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混体系的组成与性质 (1)(1) 利用官能团反应的反应性共混体系利用官能团反应的反应性共混
13、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） 利利用用共共价价键键或或离离子子键键增增容容的的反反应应性性共混体系共混体系向向聚聚合合物物中中引引入入能能够够产产生生离离子子相相互互作作用用的的基基团团(如如离离子子键键、酸酸碱碱相相互互作作用用及及氢氢键键作作用用等等)或或共共价价键键,也也可可以以达达到到增增容容的的目目的。的。 例例如如,聚聚合合物物中中所所含含的的吡吡啶啶或或叔叔胺胺等等基基团团可可以以与与磺磺酸酸、羟羟酸酸以以及及离离
14、聚聚物物形形成成离子键离子键,从而改善高分子合金的相容性。从而改善高分子合金的相容性。 例例如如，在在6/共共混混体体系系中中引引入入了了含含羧羧盐盐的的乙乙烯烯-丙丙烯烯酸酸酯酯共共聚聚物物。由由于于体体系系内内反反应应形形成成离离子子键键,最最终终取取得得了了理理想的增容效果。想的增容效果。（3） 加加入入低低分分子子组组分分起起催催化化作作用用的的反反应应性共混体系性共混体系 向向共共混混体体系系中中添添加加某某些些起起催催化化作作用用的的低低分分子子化化合合物物,由由于于其其能能使使共共混混组组分分在在熔熔融融共共混混过过程程中中形形成成共共聚聚物物或或产产生生交交联联,因因而增加了体
15、系的相容性。而增加了体系的相容性。 例例如如,在在/共共混混体体系系中中添添加加反反应应性性的的过过氧氧化化二二异异丙丙苯苯()、三三聚聚异异氰氰脲脲酸酸三三烯烯丙丙酯酯()、硬硬脂脂酸酸()等等作作催催化化剂剂,取取得得了了较较好好的的增增容容效效果。果。高高分分子子合合金金从从最最初初以以增增韧韧为为主主要要目目的的，到到现现在在涉涉及及到到聚聚合合物物性性能能的的各各个个方方面面，已已有有半半个个多多世世纪的发展历史。纪的发展历史。目目前前，就就高高分分子子合合金金技技术术的的应应用用范范围围而而言言，几几乎乎渗渗透透到到所所有有的的材材料料应应用用领领域域。从从其其发发展展趋趋势势来来
16、看看，还还需需要要从从技技术术上上进进一一步步探探求求高高效效的的共共混混手段，开发新的相容剂品种。手段，开发新的相容剂品种。高分子合金反应增容的发展高分子合金反应增容的发展而而反反应应性性增增容容技技术术作作为为高高分分子子合合金金开开发发的的一一个个关关键键技技术术，是是改改善善高高分分子子合合金金的的相相容容性性，增增强强相相界界面面粘粘结结力力的的有有效效途途径径之之一一。与与非非反反应应性性增增容容剂剂相相比比，反反应应性性增增容容剂剂具具有有用用量量少少，成成本本低低以及增容效果好等优点。以及增容效果好等优点。随随着着高高分分子子合合金金向向高高性性能能、多多功功能能、多多元元化化方方向发展，该技术具有较好的应用前景。向发展，该技术具有较好的应用前景。Thank you !
