分子合金及高分子合金新概念

收稿日期:2001211218

作者简介:蔡应桃(19332),男,江苏南京人,河南建安防腐绝热有限公司高级工程师。

文章编号:100423918(2002)022*******

分子合金及高分子合金新概念

蔡应桃

(河南建安防腐绝热有限公司,河南郑州　450047)

摘　要:提出了分子合金新概念,从而使得由元素2分子2高分子各种化学态的物质,均能发现相应的合金组成,为此

引导了新产品的研制和开发,以及对原高分子合金概念的质凝与更新。

关键词:分子合金;高分子合金

中图分类号:TG 131 文献标识码:A

在研制新型循环冷却水缓蚀剂时,由于元素合金的启示,导致分子合金概念的提出,并进而导致高分子合金概念的更新,今撰成文,以供商榷。

1　合金的概念

众所周知,金属合金的概念由来已久,难以查考。而高分子合金的概念则出现较晚,大约在二十世纪中

期提出和发展起来。最早使用合金(alloy )一词,是1942年道化学公司(Dow Chemical Co 、

)应用Styralloy —22来描述PS/PB 聚苯乙烯/聚丁二烯,共混复合新材料[1]。现对有关概念表述如下:

1.1　金属合金(元素合金)的概念

合金是在一种金属元素基础上,加入其他元素,组成具有金属特性的新材料[2]。

例如:钢铁是以铁为基础的铁碳合金。但习惯上很少将钢称为合金,因为它只含一种金属元素之故。合金是由两种或两种以上金属元素,或金属元素与非金属元素,一般通过熔炼而结合在一起并形成具有金属特性的物质[3]。

例如:黄铜是以铜为基础的铜锌合金。

上述金属合金概念的提出,实际上均远在真实合金出现之后,因为人类由石器时代进入青铜器时代,如我国夏商朝最早使用的青铜,就是铜锡合金[4]。业已数千年之前的事情。随后进入铁器时代,钢就是铁碳合金。当时人们只是随着生产力的发展,为了适应客观的需要和可能而生产这些金属材料。但是一旦合金概念明确提出之后,人们就有意识的寻找和制备各种各样的合金,以满足实际生产或生活实践中各种各样不同的需求。如高强度合金,高硬度合金,低熔点合金,牺牲阳极合金,耐蚀合金,记忆合金,储氢合金,磁光合金[5]。以及超导合金等等。从而进一步促进和加深对合金理论的应用和实践研究。

1.2　分子合金的概念

1.2.1　分子合金概念的提出　在研制非磷非铬新型水缓蚀剂的探索试验中,发现了一种具有腐蚀滞后现象的物质C ,随即引起浓厚的兴趣,其滞后的原因是什么?为什么开始时具有一定的保护作用,但随后又发生腐蚀,这是一个非常可喜的异常现象,是否可以加强和保持其缓蚀性,而克服其腐蚀性,如若成功,则就达到制备新型缓蚀剂的目的。但当时必须搞清楚其原因,才能推动工作的前进,唯一的办法就是从其分子结构与作用环境以及缓蚀机理,进行综合分析研究,才能在改变其功能上提出措施。由此开始,导致引进金属元素Z ,并获得预期效果,表明主观认识与客观实践是吻合的,后又为其实用性引入另一金属元素S ,并深化了选择添加剂的相应制备工艺,是时已有了模仿元素合金的想法,进一步利用各种金属元素优势互补并克服各自的缺点。致使制成阴阳离子都具有缓蚀性能的CYT 新型缓蚀剂。并由此将其与元素合金和高分子合金参照对比,从而导致分子合金概念的提出。

1.2.2　分子合金的定义　分子合金一般指分子中含两种金属以上的低分子物质,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、络合物或复合物以及其混合物。广义地说,如果将钢

第20卷　第2期2002年4月 河　南　科　学HENAN SCIENCE

Vol 120　No.2Apr 12002

认为铁碳合金,则含一元金属的酸、碱、盐等低分子化合物,也可认为分子合金。

分子合金这一概念的提出,似乎新鲜,其实只是反映客观的存在或前人早已实践的事物,诸如:

人工合成分子合金如:高锰酸钾、铬酸钠、钼酸钠、铝酸钠、锡酸钠、氟化铝钾、亚铁氰化钾、酒石酸钾钠、酒石酸锑钾和无机发光材料:钨酸钙铅、卤磷酸钙锑锰、硼酸镉锰、砷酸镁锰、氧化正硅酸钇铈铽、稀土钽酸盐等等。另外,工业水泥、陶瓷、玻璃、瓷釉、微晶搪瓷、合金镀液以及超导体氧化物如Y 2Ba 2Cu 2O 、La 2Ba 2Cu 2O [6]超导体硫化物如Na 2Mo 6S 8、Cu 16Mo 6S 8等[7],均可视为分子合金。

自然界存在分子合金如矿石:白云石CaCO 3、MgCO 3、钙芒硝CaSO 4、Na 2SO 4,明矾石KAl (OH )6(SO 4)2,钾长石KAlSi 3O 8、钙长石CaAlSi 2O 8、钨酸锰铁矿等等。

生物体内存在于细胞内液或细胞外液,以及血液中的钾钠钙镁等金属元素化合物,均可视为分子合金状态。

1.3　高分子合金的概念

高分子合金是由两种或两种以上不同种类的树脂,或者树脂与少量橡胶,或者树脂与少量热塑性弹性体,在熔融状态下,经过共混,由于机械剪切力作用,使部分高聚物断链,再接枝或嵌段,亦或基团与链段交换,从而形成聚合物∽聚合物之间的复合新材料,称之为高分子合金[8]。

例如:⑴利用少量丁腈橡胶共混改性聚氯乙烯,以降低其耐寒温度,由-20℃∽-40℃,以利制作鞋底。⑵利用5%(甲基丙烯酸甲酯∽丁二烯∽苯乙烯)三元共聚物,改性聚氯乙烯,可提高其抗冲击强度7∽8倍。

(3)利用酚醛树脂改性氯丁橡胶,以提高胶粘剂的耐热性能。

工程塑料合金(亦即高分子合金)是一种表现均一的多组分工程聚合物体系,是两种或多种不同结构单元的均聚物或共聚物的混合物[9]。

例如:(1)PC/ABS (聚碳酸酯/苯乙烯∽丁二烯∽丙烯腈)共聚物合金。

(2)PPO/PS (聚苯醚/聚苯乙烯)合金。

(3)PPO/HIPS (聚苯醚/高抗冲击聚苯乙烯)合金。

(4)PC/PE (聚碳酸酯/聚乙烯)合金。

1.4　高分子合金概念的说明

根据上述高分子合金的概念及其制备的方法:不难看出,所谓高分子合金,并非指真正含金属元素的高分子化合物。而是指不同种类的高聚物,通过物理或化学方法共混,以形成具有所需性能的高分子混合物新材料。因为高聚物共混,根据其热力学平衡状态的情况,分为相容与不相容两类,而在大多数情况下是不相容的,故共混物各组成之间存在不同的相态,高分子合金的概念,就依此比拟元素合金中各组成之间有相态的存在而来。这种抓着非本质性的现象,以点带面的概括,必然造成学术名词与实际概念上的混淆,所以下面几种情况还是值得提及与说明。

1.4.1　高分子合金混合物　利用高分子聚合物与金属合金粉末共混而制成的新材料,如美国贝尔佐纳公司(Belzona Co )的堵漏维修材料,冠名高分子合金,虽是物理方法混合,但却名符其实。可是按时下高分子合金的概念,它却并不属于高分子合金之列。另外,锌铝复合涂料及含多种金属化合物颜料的涂料亦是其例。

1.4.2　高分子树脂混合物　在防腐蚀工程上,早已应用环氧树脂改性酚醛树脂及呋喃树脂,以及用丁腈橡胶改性环氧树脂,前者是树脂改性树脂,后者是橡胶改性树脂,还有各种树脂相互改性的涂料等。根据前述高分子合金概念,它们也应是堂堂正正的高分子合金,可是却从未赋予其高分子合金的美称。实际上最早应用高分子混合物的工作,可追溯到100多年前Thomas Hancock 将天然橡胶与杜仲胶共混,而用作防水涂料[10]。但这倒也表明,在高分子合金概念提出以前,人们亦早已有了高分子混合物的实践。只是在高分子合金概念提出以后,人们更是有意识地利用已有的各种高聚物,进行共混改性,以适应诸多应用的需求。尤其是近年对一系列高分子塑料,如:聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚苯醚等。利用改性剂如:氯化聚乙烯、聚丁二烯、聚异丁烯等,进行共混改性,以制备所需性能的复合新塑性材料。

1.5　高分子合金新概念

名符其实的高分子合金,应定义为含金属元素的高分子化合物、络合物或配合物以及其复合物和以高分子化合物与金属元素或其化合物的混合物。按此定义除上述贝尔佐纳公司的堵漏材料属高分子合金外,还—721—2002年4月 分子合金及高分子合金新概念