多组分聚合物结构与性能 - 同济大学材料科学与工程学院

大量的出现，是单组分聚合物所难以做到的。
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第一章 绪论
6、工艺方便，研制速度快、投资低。
与研制一种新型均聚物或共聚物相比，研制一种 新型聚合物共混物的速度快得多，投资也低得多。因 此聚合物共混物的发展十分迅速。近年来塑料工业的 年增长速率为2～4%、而聚合物共混物的年增长速率
为 9 ～ 11% ，工程聚合物共混物的年增长速率则高达
第一章 绪论
1.2 多组分聚合物的特点
1. 综合均衡各聚合物组分的性能，取长补短， 消除各单一聚合物组分性能上的弱点，获得综合性 能优异的高分子材料。 例如，将聚丙烯与聚乙烯共混可克服聚丙烯耐
应力开裂性不好的缺点，获得综合性能优异的共混
材料。
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第一章 绪论
2. 使用少量的某一聚合物可以作为另一聚合物
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第一章 绪论
多组分聚合物的范围：
聚合物混合物、接枝共聚物、嵌段共聚物、互穿
按此概念，那些相容性很不好，形态结构 网络聚合物（ IPN），甚至含有晶相与非晶相的均聚 物、含有不同晶型结构的结晶聚合物。 呈亚微观非均相或宏观相分离的聚合物共混物 并没有得到完全统一 在科学研究领域中，通常将具有良好相容性的多 不属于高分子合金之列。 组分聚合物体系称为聚合物合金，其形态结构应为均 相或微观非均相。
第一章 绪论
1.3.3 互穿网络聚合物
互穿网络聚合物，简称为 IPN ，是用化学方法将 两种或两种以上的聚合物互贯穿成交织网络状的一类 复相聚合物共混材料， IPN 技术是制备聚合物共混物 的重要方法。
互穿网络聚合物从制备方法上接近于接技共聚 —
共混法，从相间化学结构看则接近于机械共混法。因
此，可把IPN看作用化学方法实现的机械共混物。
纹，可代替木材使用。
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第一章 绪论
5. 有利于聚合物产品的多品种与系列化。
例如ABS塑料可以通过本体悬浮法、乳液法、共 聚—共混法以及机械共混法等不同方法制备，组分比
例、形态结构和橡胶粒子尺寸都有差别，产品性能也
不一样。因此，ABS的牌号、品种特别多。 ABS还可与多种聚合物共混组成多元共混物，例 如：ABS/PVC、ABS/PC、 ABS/PA、 ABS/聚砜、 ABS/聚氨酯、ABS/PMMA等。这种多系列、多品种
交联型共混物）。
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第一章 绪论
★ 以工程塑料为基体或具有工程塑料特性的聚合物
共混物，称为工程聚合物共混物；
★ 具有某种特殊功能（如抗静电性、高阻隔性、离子
交换性等）的聚合物共混物，称为功能聚合物共混物。
★ 同一系列聚合物的共混物（如HDPE与LDPE共混
物或同一种聚合物不同分子量品级之间的共混物常称
达13～17%。
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第一章 绪论
1.3 多组分聚合物的制备方法
1.3.1 物理共混法
又称机械共混法。 将不同种类聚合物在混合（或混炼）设备中实现 共混。包括混合作用和分散作用。 通过混合机械供给的能量（机械能、热能等）的 作用，使被混物料粒子不断减小并相互分散，最终形 成均匀分散的混合物。 对流和剪切两种作用为主，扩散作用为辅。
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第一章 绪论
共混组分中有共聚物时的表示方法：
A/B＝m:n（X/Y），其中B为共聚物，其分子链 中两种结构单元质量比为m:n。
举例：
聚氯乙烯/苯乙烯—丙烯腈＝75:25（95/5），表示 在95份重的聚氯乙烯中掺入5份重的苯乙烯—丙烯腈 共
聚物，此共聚物链节中含有75份苯乙烯和25份丙烯腈。
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一些重要的聚合物共混材料，如抗冲聚苯乙烯（ 包括接枝共聚 —共混法和嵌段共聚—共混法。 HIPS）、 ABS制得的共混物中通常包含 树脂、MBS树脂等，都是采用这种方法制备的。 3种组分：聚合物1、聚合物2以 及聚合物 2 在聚合物 1 上的接枝共聚物或聚合物 1与聚合物 2 的 嵌段共聚物。
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3、共聚—共混
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第一章 绪论
聚合物共混物与共聚物（无规和交替）的区别：
前者的聚集态中一般存在明显的相分离结构，而
后者则不存在。 为强化共混聚合物组分之间的界面 共混物和共聚物之间又密切相关。即使在以物理 粘接而采用的反应增容措施，也会在组 方法制备的聚合物共混物中，不同聚合物大分子之间 分之间引入化学键。 也难免有少量化学键存在，例如在熔融混炼过程中，
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第一章 绪论
聚合物共混物的类型：
按热力学相容性分类：均相和非均相共混物；
按组成分类：橡胶增韧塑料、塑料增强橡胶、橡
非均相聚合物共混物是指共聚物各组分间是分相的， 胶与橡胶或塑料与塑料共混 等； 共混的结果是使一些重要性质趋于平均化，共混物 存在两相或多相结构。大多数聚合物共混物都是这种类 的性能介于各均聚物性能之间。 按组分间有无化学键分类：物理共混物、化学共 型。 PS/PPO （聚苯醚）、 PVC/PCL （聚己内酯）以及 典型代表：聚苯乙烯和聚丁二烯的HIPS。 混物（接枝共聚物、嵌段共聚物、互穿网络聚合物、 PVC和一系列聚丙烯酸酯形成的共混体系
相容性（miscibility ）：表示两种热力学相互溶 即使热力学不相容的共混体系，依 解（共混时，混合自由能ΔGm＜0）； 靠外界条件实现了强制的、良好的分散 混溶性（compatibility ）：以是否能获得均匀和 混合，得到了力学性能优良且稳定的聚 稳定的形态结构的共混体系为判据，而不论共混体系 合物共混物，就可谓之为混溶性好。 是否热力学相互溶解 。 具有工程上的含义，因此也被称为“工程 相容性”或“工艺相容性”。
酸酯是基体，丁腈橡胶是流动改性剂，MBS是抗冲
改性剂。
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第一章 绪论
4. 聚合物共混可满足某些特殊性能的需要，制备
一系列具有崭新性能的高分子材料。 为制备耐燃高分子材料，可使基体聚合物与含卤
素的耐燃聚合物共混；
为获得装饰用具有珍珠光泽的塑料，可将光学性 能差异较大的不同聚合物共混； 将抗张强度较悬殊且混溶性欠佳的两种的树脂共 混后发泡，制成多层多孔材料，具有美丽的自然木
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第一章 绪论
2. 聚合物共混物增韧机理研究的进展
70年代以前，橡胶增韧聚合物及其增韧机理主 要偏重于对脆性聚合物基体的研究。80年代以来， 对韧性聚合物基体的增韧机理加强了研究。认为塑 性形变（剪切带）和银纹化是塑料增韧的主要原因。
近年来，对刚性聚合物粒子增韧塑料及其机理
的研究颇为活跃，形成了一个新的研究领域。
可能由于剪切作用使大分子断裂，产生大分子自由
基，从而形成嵌段或接枝共聚物。
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第一章 绪论
—— 聚合物1，……… 聚合物2 (a) 机械共混物；(b) 接枝共聚物；(c) 嵌段共聚物；(d) 半IPN；(e) IPN；(f) 交联聚合物
图1—1 两种聚合物组分之间组合方式示意图
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第一章 绪论
两个基本概念：
的改性剂，改性效果显著。 例如，聚苯乙烯、聚氯乙烯等硬脆性聚合物中 掺入10％～20％的橡胶类聚合物可使其抗冲击强度 提高2～10倍。
乙烯—醋酸乙烯共聚物可用作聚氯乙烯的长效
增塑剂等。
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第一章 绪论
3. 通过共混可改善某些聚合物的加工性能。
难熔难溶的聚酰亚胺与熔融流动性良好的聚苯 硫醚共混后可以进行注射成型。 为改进聚碳酸酯的流动性能可采用三元共混的 方法。如聚碳酸酯/丁腈橡胶/MBS体系。其中聚碳
出性能更为优良的或更有特色的聚合物共混物；例如
分散相层片化赋予聚合物共混物以某种新功能（阻隔
性、抗静电性等）；少量起增韧作用的弹性体在形态 中的网络化显著提高了其对脆性基体的增韧效果；结 晶聚合物与非结晶聚合物或其他结晶聚合物共混，使 其球晶细化，从而增加了韧性。通过这些研究，使人
们对聚合物共混物形态结构的认识有了新的发展。
合技术、嵌段和接枝共聚物的合成与应用等。
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第一章 绪论
1.4 多组分聚合物的研究热点
近年来，有关聚合物共混改性的理论研究和工业 实践十分活跃，仅全世界每年公布的相关国际专利平
均达4500项，研究论文更多。
纵观国内外关于聚合物共混改性领域的文献报
wenku.baidu.com
道，可归纳出下述一些最新动态。
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第一章 绪论
1. 形态结构研究方面的进展 通过对聚合物共混物形态结构的控制，设计制造
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3、溶液共混法
在机械共混过程中，一般仅发生物理变化。但在强
第一章 绪论
1.3.2 化学共混法
以化学方法制备多组分聚合物包括以下几种类型： 1、嵌段共聚
性，增强了相之间的作用力，因此，共聚—共混法制得的聚
2、接枝共聚
接枝或嵌段共聚物的存在改善了聚合物1和2之间的混溶
合物共混物，其性能优于机械共混物。
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第一章 绪论
3. 增容技术的进展 70年代以后，除了非反应型增容剂不断扩展品种
和应用外，反应型增容剂如雨后春笋般涌现。由此促
进了许多不相容共混体系的相容，并为开发一系列新 型高分子合金奠定了基础。 4. 其他 新型高分子合金及其技术研究的热点还有各类
IPN 技术，动态硫化技术，反应性挤出技术、分子复
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第一章 绪论
主要的物理共混方法：
1、干粉共混法 2、熔体共混法 4、乳液共混法
烈的机械剪切作用下，也能使少量聚合物降解，产生大 亦称熔融共混法，是将各聚合物组分在加热至粘流温度 分子自由基，继而形成接枝或嵌段共聚物。因此机械共 以上进行剪切、分散、混合以制备聚合物共混物的方法。 混过程中往往伴随一定的力化学过程。 共混效果好、适用面广，目前实验室和工业生产中最常采 用。 主要设备：两辊炼胶机、密炼机和双螺杆挤出机等。
为同系聚合物共混物。
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第一章 绪论 聚合物共混物的表示方法： 举例：
二元聚合物共混物： A/B （ X/Y ），其中 A 为基 聚丙烯 / 聚乙烯（ 85/15 ），表示在聚丙烯中加 体树脂的名称， B为掺混入基体树脂中的另一聚合物 入聚乙烯，它们的重量比例为85:15； 的名称； X和 Y相应为 A及 B二种聚合物组分的重量分 聚丙烯 / 聚乙烯 / 乙丙橡胶（ 85/10/5 ），表示以 数。 聚丙烯为基体，另外两组分为聚乙烯和乙丙橡胶的 多元聚合物共混物的表示方法类推。 聚丙烯三元共混物，三者的重量比依次为85:10:5。
多组分聚合物结构与性能
材料科学与工程学院
王国建 教授
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第一章 绪论
1.1 基本概念
多组分聚合物（Multicomponent Polymer）：
两种或两种以上聚合物通过物理或化学的方法混
合而成的宏观上均匀、连续的固体高分子材料。 其他名称：“高分子合金（Polymer Alloy）”、
“聚合物共混物（polymer Blend）等。