聚合物共混物的相容性
选择合适的相容剂或其他解决办法
聚合物共混物的相容性原则聚合物组分之间的共混改性，为达到改善性能的相应效果，往往需要加入相容体系。
一般来说，不同聚合物组分之间的共混需要的是相适应的相容性，从而制得相相之间结合力较强的多相结构的共混物。
了解与应用共混物体系之间的更好相容性，应考虑如下几个原则。
（1）溶解度参数相近原则聚合物之间的共混过程，实际上是分子链间相互扩散的过程，并受分子链之间作用的制约。
分子链间相互作用的大小，可以用溶解度参数来表示。
溶解度参数的符号为δ，其数值为单位体积内聚能密度的平方根。
不同组分之间的相容性好坏，也可以用溶解度参数δ之差来衡量，即δ越接近，其相容性越好。
如两种聚合物溶解度参数相近，其差值通常要＜0.2，而两种聚合物溶解度参数之差＞0.5时，不能以任意比例相容。
例如：PVC/NBR共混体系，PVC的溶解度参数δA为9.4～9.7，而NBR的溶解度参数δB为9.3～9.5，所以PVC与NBR 相容性良好；又如PS/PB共混体系，他们的溶解度参数之差＞0.7，所以两者的相容性差。
PVC与PS的溶解度参数之差＞1，所以两者基本不相容。
（2）极性相近原则聚合物之间共混体系的极性越相近，其相容性越好，即极性组分与极性组分、非极性组分与非极性组分都具有良好的相容性。
例如：PVC/EVA、PVC/NBR、PVC/ABS之间极性相近，所以其相容性好。
在考虑共混改性配方设计时，要了解聚合物之间相容性的基本原则：极性/极性≥非极性/非极性≥极性/非极性。
极性组分与非极性组分之间一般不相容，例如：PVC/PC、PVC/PS、PC/PS等。
极性相近原则也有些例外，例如：PVC/氯丁橡胶(CR)共混体系，其极性相近，但不相容；而PPO/PS两种极性不同的组分，相容性反而很好。
（3）结构相近原则聚合物共混体系中各组分的结构相似，则相容性就好，即两聚合物的结构越接近，其相容性越好。
所谓结构相近，是指各组分分子链中含有相同或相近的结构单元，例如：PA6与PA66分子链中都含有—CH2—、—CO—NH—，故有较好的相容性。
聚合物共混物的相容性
一相 两相
具有上临界混容温度的体系
两相 一相
具有下临界混容温度的体系
11
第一节 聚合物共混物相容性的基本概念
二、聚合物共混物的相图
相图—相图是用来表示材料 相的状态与温度及组成关系 的综合图形，它反映了组成 成分及温度变化时所可能发 生的相的变化。
相图可直观地描述聚合物共 混物的相容性。
混溶性——异种聚合物不能实现分子量级相互溶 解的混合系，但比较容易获得所期待的性能的能 力，即共混体系中成分物质的界面结合能力 （compatibility）。
2020/7/12
5
第一节 聚合物共混物相容性的基本概念
一、共混物的相容性 5. 完全相容
完全相容的聚合物共混体系，其共混物可形成均相 体系。
2. 聚合物的相容性(miscibility)
聚合物之间的相容性，就是表示聚合物混合体系形成单一相（分 子量级的混合）的能力。是指聚合物之间相互溶解的能力，代表 热力学相互溶解，其判据为共混物具有单一的Tg
从热力学角度而言，是指在任何比例混合时，都能形成分子分散 的、热力学稳定的均相体系，即在平衡态下聚合物大分子达到分 子水平或链段水平的均匀分散
1）在通常的温度、压力、组成范围内能够形成单一相
2）形成单一相的热力学的必要条件是混合的吉布斯自由能量ΔGm< 0
热力学因素是共混体系形成均相体系或发生相分离的内在动力， 基本理论体系是“Flory-Huggins模型”
实际应用中，热力学相容体系很少
2020/7/12
3
第一节 聚合物共混物相容性的基本概念
LCST: 聚苯乙烯/聚甲基乙烯基醚、
聚己内酯/苯乙烯一丙烯腈共聚物、
聚苯乙烯/聚甲基丙烯酸甲酯、
聚合物共混物的相容性
三、Flory相互作用参数 4. LCST相图
χ12的温度依存性
相图
2021/7/30
32
第二节 聚合物共混物相容热力学理论
度升高时
降低，为
UCST。即在高温域相容，
分子量越大UCST向高温侧
移动。
对放热系（引力系），
始终为负，即全温度域内相
容。
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第二节 聚合物共混物相容热力学理论
三、Flory相互作用参数 2. 的温度依存性和相图的关系
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温度T
组成
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第二节 聚合物共混物相容热力学理论
三、Flory相互作用参数 3. UCST相图
UCST——最高临界相容温度 （upper critical solution temperature）
PS/PB低聚物共混系。 曲温线度T有＞最T高C时点，(T与C)组，成当无体关系均的
不当会体分系相的，温故度TTC＜是临Tc界时温，度成。分 在曲线内的共混物都将分相。 临界温度随分子量增加向高温 域移动。
第一节 聚合物共混物相容性的基本概念
典型的高分子二元共混物相图
一相 两相
两相 一相
两相 一相
两相
两相 一相
两相 一相
UCST+LCST:聚苯乙烯/聚苯醚、 聚甲基丙烯酸甲酯/氯化聚乙烯、UCST: 天然橡胶/丁苯橡胶、 聚异丁烯/聚二甲基硅氧烷、 聚苯乙烯/聚异戊二烯、 聚2氯021化/7/3乙0 烯/聚氧化丙烯
H m RT12n12
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第二节 聚合物共混物相容热力学理论
二、Flory-Huggins模型
Gm RT n1 ln 1 n2 ln 2 12n12
6 第三章 聚合物共混物的相容性
第五节 聚合物相容性的判据及测定方法
二、测定方法 2. 光学显微镜法
光学显微镜包括透射光显微镜、反射光显微镜、暗场显微镜、 偏光显微镜、相差显微镜和干涉显微镜。光学显微镜可以直接 观察大块试样，但分辨率受光波衍射的限制，仅能提供微米数 量级的形貌细节（～200nm）。 透射光显微镜：可观察不透明的，有色的试样，要求试样制得 很薄。但对于透明物，由于反差太低，观察不清。 反射光显微镜：试样不透明，比较厚，可以观察表面结构。 暗场显微镜（或超显微镜）：利用粒子对光的散射来推断两相 结构。高强度的光垂直于光轴可以观察到远远小于显微分辨能 力的散射光的粒子。但一般不常用于聚合物－聚合物体系的研 究。
2013-7-15 14
第五节 聚合物相容性的判据及测定方法
各种分子量聚异丁烯—聚苯乙烯混合物的浊点（C.P.）曲线
2013-7-15 15
第五节 聚合物相容性的判据及测定方法
二、测定方法 1. 目测法（浊度法）
这种方法的优点是实验仪器和实验过程较为简单。 但在机理上也存在着一定的缺陷。 如果出现以下情况，即使共混物中各相分离，其试 样也是光学透明的：（1）共混物中各相的折射率 相近；（2）共混物中各相的粒子尺寸远小于可见 光的波长；（3）试样太薄；（4）共混物的分散相 的含量太小。同时，人的视觉差异等因素也会影响 测试结果。
聚合物共混改性
材料科学与工程学院
戴亚辉
第三章 聚合物共混的相容性
第三章 聚合物共混物的相容性
1 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 聚合物共混物相容性的基本概念 聚合物共混物相容热力学理论 聚合物共混物相分离机理 影响聚合物共混物相容性的因素 聚合物相容性的判据及测定方法 聚合物共混物的相界面
5 第三章 聚合物共混物的相容性
第三节 聚合物共混物相分离机理
二、相分离机理 2. 亚稳分相（NG）
成核-增长： 在共混体系中，首先生 成A相的核。 成核后，聚合物A的分子 扩散到成核的微区，使 液滴增长。即A成分的聚 合物在核的周围凝集， 于是A相逐渐成长而形成 相分离。 在扩散阶段，液滴发生 聚集粗化，不断增长， 其粗化程度由界面能决 定。 2013-7-28
△Hm
2013-7-28
均相体系 混合能自发进行 两组分相容
混合焓，
△Sm
混合熵
4
第三节 聚合物共混物相分离机理
一、均相体系稳定条件
完全相容的体系为均相体系，亦称为全互溶；而 部分相容体系为两相体系。 均相体系的相容性判定的一个重要标志就是是否 发生相分离，
相容性判定标准是： ①满足△Gm＜0的热力学相容必要条件外； ②还需满足均相结构稳定性的条件，即是否会发 生相分离的充分条件。
第三节 聚合物共混物相分离机理
一、均相体系稳定条件 二、相分离机理 三、SD和NG相分离机理的异同
2013-7-28
3
第三节 聚合物共混物相分离机理
一、均相体系稳定条件
Polymer A Polymer B
混合
Polymer Blend
热力学第二定律
Gm H m TS m
SD
Unstable
离是自发进行的。由于在亚稳区密度的
NG
Metastable
0.2
升落，旋节线是一个弥散的边界，当条
件由双结线移向旋节线时，对活化作用 的需要很快消失。
14
TWO PHASE REGION
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
第二章 聚合物之间的相容性
具有最高临界相容温度的例子有：天然橡胶 丁苯橡胶 聚异丁烯-聚二甲基硅氧烷 丁苯橡胶、 聚二甲基硅氧烷、 具有最高临界相容温度的例子有：天然橡胶-丁苯橡胶、聚异丁烯 聚二甲基硅氧烷、 聚苯乙烯-聚异戊二烯 聚氧化乙烯-聚氧化丙烯等 聚异戊二烯、 聚氧化丙烯等。 聚苯乙烯 聚异戊二烯、聚氧化乙烯 聚氧化丙烯等。 具有最低临界相容温度的例子有：聚苯乙烯 聚乙烯甲基醚 聚己内酯-苯乙烯 聚乙烯甲基醚、 苯乙烯-丙烯腈 具有最低临界相容温度的例子有：聚苯乙烯-聚乙烯甲基醚、聚己内酯 苯乙烯 丙烯腈 共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯 丙烯腈共聚物等。 苯乙烯-丙烯腈共聚物等 共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯 苯乙烯 丙烯腈共聚物等。 同时具有LCST和UCST的例子有：聚甲基丙烯酸甲酯 氯化聚乙烯以及聚苯乙烯 聚苯 和 的例子有： 氯化聚乙烯以及聚苯乙烯-聚苯 同时具有 的例子有 聚甲基丙烯酸甲酯-氯化聚乙烯以及聚苯乙烯 醚（PS/PPO）等。 ）
2.1 聚合物之间相容性的基本特点 溶液热力学回顾： 溶液热力学回顾：
设有X 摩尔的纯组分1和 设有 1摩尔的纯组分 和 X2摩尔的纯组分 ，两者 摩尔的纯组分2， 混合后正好形成一摩尔的 溶液。如右图所示： 溶液。如右图所示： 混合自由焓为： 混合自由焓为： ∆G = X1∆µ1 + X2 ∆µ2
TPU／CPE／PVC三元共混聚合物相容性的研究
TPU／CPE／PVC三元共混聚合物相容性的研究[摘要] 从研究热塑性聚氨酯和氯化聚乙烯的共混配比出发,对共混材料的相容性和相互作用方式等进行了研究。
通过共混研究发现,TPU/CPE/PVC共混体系为部分相容体系;相对于使用纯热塑性聚氨酯,共混物的总成本降低幅度也较大。
[关键词] 热塑性聚氨酯氯化聚乙烯聚氯乙烯共混热塑性聚氨酯(TPU)和氯化聚乙烯(CPE)共混改性后,虽然相对于纯TPU其耐老化性能、阻燃性能、加工性能等都有所改善;而且相对于纯CPE其热稳定性能、耐低温性能、拉伸强度等都有所提高,尤其总成本降低幅度较大。
但是二者的相容性还是不够理想,为了提高共混体系的综合性能,拟加入第三组分即增容剂改善TPU/CPE共混体系的相容性,本文中添加的第三组分增容剂是食品级的预塑化的聚氯乙烯(PVC)。
主要对三元共混物的相容性和相互做用方式等进行了初步的探讨。
1实验部分1.1原材料氯化聚乙烯:牌号CM1;聚氯乙烯:预塑化的食品级原料;热塑性聚氨酯:牌号B。
1.2样品制备(1)TPU/CPE/PVC共混物制备:原料干燥处理后,根据配方称取各原料。
将CPE、PVC料和各种助剂混合均匀后放入烘箱,预塑化20~30min。
启动塑炼机混炼,混炼均匀后打三角包。
(2)压片:将平板硫化机升温至165℃,把上面得到的混炼物放入模具中。
在5MPa的压力下保压5-10min,然后将压力提升为10MPa的压力下保压5-10min。
开模,把模具拿出来放入冷压机中,在5MPa的压力下冷压5min后脱模。
1.3性能测试与表征(1)共混物玻璃化转变温度Tg的测定:使用示差扫描量热仪对试样进行分析,实验条件为升温速度为10K/min,温度范围为-70～170℃,氮气气氛流量为20ml/min。
(2)共混体系的红外谱图:使用傅立叶红外分光光度计对试样进行红外扫描,得到谱图。
(3)共混体系微观结构的表征:共混物先在液氮中脆断,然后进行表面喷金,最后使用扫描电镜放大1000倍观察其断面微观结构。
共混改性名词解释
名词解释1、聚合物共混与聚合物共混物——聚合物共混是指两种或两种以上均聚物或共聚物的经混合制成宏观均匀的材料的过程。
聚合物共混物是指两种或两种以上均聚物或共聚物的经混合制成宏观上均匀的高分子聚合物的混合物。
2、相容性与混溶性——相容性是指满足热力学相容条件，在任何比例混合时，都能形成分子分散的、热力学稳定的均相体系。
即在平衡态下聚合物大分子达到分子水平或链段水平的均匀分散。
混溶性，是指共混物各组分之间彼此相互容纳的能力。
表示了共混组分在共混中相互扩散的分散能力和稳定状态，是指非相容聚合物共混物中各成分物质的界面结合能力。
3、NG机理和SD机理——处于介稳定的体系，相分离不能自发进行，需要成核作用，包含核的形成和核的增长两个阶段，这样的相分离过程机理称为成核-增长分离过程机理即NG机理。
处于不稳定的体系，在相分离过程中，物质向浓度较大的方向扩散，即反向扩散来完成的，称为旋节分离，即为SD机理。
4、分散相与相畴——在共混物中两个或多个相中只有一个连续相，此连续相为分散介质，称之为基体，其他分散于连续相中的相是分散相。
在复相聚合物体系中，每一相都以一定的聚集态存在，因为相之间的交错，所以连续性较小的相或不连续的相就被分成很多的微小区域，这种微小区域称为相畴。
5、银纹与银纹化、剪切与剪切带——玻璃态聚合物在应力作用下会产生发白现象，这种现象叫应力发白现象，亦称银纹现象，这种产生银纹的现象也叫银纹化。
聚合物中产生银纹的部位称为银纹体或简称银纹。
聚合物在一定的剪切应力作用下，可产生明显的局部的形变，这种形变称为剪切形变，由剪切形变所构成的形变区域称为剪切带。
6、应变软化与应变硬化——应变软化就是材料对应变的阻力随应变的增加而减小，是由于在较大应变时大分子链各物理交联点发生重新组合形成有利于形变发展的超分子结构的缘故。
当形变值很大时，这种大形变能导致大分子链的明显取向,造成应变硬化现象。
7、热塑性弹性体：在常温下显示橡胶状弹性、在高温下能够塑化成型的一类新型高分子材料，是一类介于橡胶和塑料之间的弹性体材料，如SBS,SIS等。
第三章 聚合物间的相容性
第三章 聚合物间的相容性3.1 聚合物间相容性的热力学分析从热力学角度讲:♦聚合物间的相容性就是聚合物之间的相互溶解性，是指两种聚合物形成均相体系的能力。
♦相容是指两种聚合物在分子(链段)水平上互溶形成均一的相。
更明确地说，是两种高分子以链段为分散单元相互混合。
/如果两种聚合物可以任意比例形成大分子水平均匀混合的均相体系，称之为完全相容；如果仅在一定组成范围内才形成稳定的均相体系，称为部分相容。
一般情况下，当部分相容性大时，称之为相容性好；当部分相容性较小时，称之为相容性差；当部分相容性很小时，称之为基本不相容或不相容。
/什么情况下部分相容?什么情况下两种聚合物完全相容?♦什么情况下♦不相容呢?/两种聚合物共混能否相容，是由它们的热力学性质所决定的。
要使两种聚合物相容，共混体系的混合自由能(ΔF M)必须满足下列条件：ΔF M ＝ΔH M -TΔS M ＜0式中的ΔH M和ΔS M分别为摩尔混合热和混合熵，T是绝对温度。
对于聚合物合金体系，若两种聚合物分子之间没有特殊的相互作用(如形成氢键)，混合过程ΔH M＞0，即混合时吸热。
/ΔF M ＝ΔH M -TΔS M ＜0由式可知，高的混合热不利于两者相容。
混合过程虽然熵是增加的，但由于高分子和高分子混合,熵的增加很有限，一个由x个链节组成的高分子比x个小分子对体系熵的贡献要小得多。
因此，熵项不足以克服热项对ΔF的贡献，即大多情况下不能满足上式的条件，所以，多数聚合物合金是不相容体系。
/聚合物间相容的必要、充分条件♦从Flory—Huggins晶格模型出发。
♦假定聚合物A和聚合物B的大分子分别含有x A和x B个链段，–A与B链段的摩尔体积相等，均为Vs；–共混物中含A、B的摩尔数分别为n A、n B，–其体积分数分别为φA、φB，♦那么，共混前后熵的变化，即混合熵为:(3—1)/¾混合焓ΔH M，因为两组分均为高分子，将聚合物--小分子溶剂体系ΔH M的关系式加以修正，则有:¾式中，X l为Flory—Huggins相互作用参数，即两组分间的相互作用参数。
聚合物共混与改性第五章 共混物的相容热力学和相界面
2 G m x
2
0
2 G m x
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聚合物共混改性原理
在相图5-6上的1号线，为热力学稳定区、亚稳区 2 G m 0 与不稳定区的界线，即Spinodal曲线（旋节线）， 2 x 或称为不稳分相线。
图5-6下半部分，Spinodal曲线外侧的2号线，为 热力学稳定区与亚稳区的界线，称为Binodal曲线 （双节线）。
另外： 其中： ——相互作用参数； Vr——参比体积，即体系中一个重复单元的摩尔体积。
21
聚合物共混改性原理
5.1.4.2 二元相互作用能密度B与相互作用参数
由于△Hm=BAB，△Hm主要决定于B参数，所以，△Gm<0能否成立，
主要决定于B参数。
如果混合过程是放热的，即△Hm为负值(B为负值)，由于△Sm恒为正 值，则 △Hm <T△Sm的条件必能得到满足。共混中放热的体系(B为负
同时存在UCST和LCST行为。
28
聚合物共混改性原理
(5)聚集态结构 聚集态结构对相容性也有影响。大多数含结晶聚合物的共混体系， 即使在熔融状态是热力学相容的，也会因结晶聚合物的结晶而发生相 分离。关于结晶聚合物共混体系的形态，见第4.6节。
29
聚合物共混改性原理
5.1.5 状态方程理论
状态方程理论研究多元体系的压力一体积一温度
2
x 2
聚合物共混物的相容性
聚合物共混及性能的基本原理聚合物共混物的相容性背景•当今合成聚合物己成为实际应用中不可缺少的一类重要材料。
但是，社会发展对聚合物材料提出了日益广泛和苛刻的要求。
例如，既耐高温又易于加工成型，既有卓越的韧性又有较高的硬度，不仅性能良好而且价格低廉等。
单一的聚合物往往难以满足多种多样的要求。
•为获得综合性能优异的聚合物材料，除了继续研制合成新型聚合物外，已有聚合物的共混改性已成为发展聚合物材料的一种卓有成效的途径，近年来越来越引起兴趣和重视。
•新型聚合物的研发成本往往达到聚合物共混物的近百倍，而且一些聚合物共混物的性能也远非单一聚合物可比拟。
聚合物共混物概念聚合物共混物(Polymer blend)是指两种或两种以上均聚物或共聚物的混合物，聚合物共混物中各聚合物组分之间主要是物理结合，因此聚合物共混物与共聚高分子是有区别的。
但是，在聚合物共混物中，不同聚合物链之间难免有少量化学键存在。
例如在强剪切力作用下使得聚合物链断裂，产生大分子自由基，从而形成少量嵌段或接枝共聚物。
此外，为强化参与共混的聚合物组分之间的界面粘接而采用的反应增容措施，也必然会在组分之间引入化学键。
聚合物共混物的研究开始于1912年的橡胶增韧聚苯乙烯。
此后，有关聚合物共混物的研究取得许多重大成果，可以认为是该领域发展的里程碑。
•以高抗冲聚苯乙烯（HIPS）为代表的增韧塑料的生产及其增韧机理的阐明；•以三元乙丙橡胶（EPDM）/PP为代表的热塑性弹性体的开发；•微相分离理论的成功以及对于相容高分子合金体系中特殊相互作用和分子内相互排斥作用的研究进展。
•聚合物共混物的研究呈现出在共混过程中对材料的相形态进行控制的趋势，因为决定新材料性能的关键因素是共混物中的形态结构。
•聚合物共混物的形态控制主要由热力学和动力学两方面的因素决定。
•作为热力学因素的聚合物共混物中各组分之间的相容性是关键因素。
•相容性是聚合物共混体系相行为研究的首要的基本问题，不同聚合物相容性的热力学原因是聚合物物理学者探索的目标之一。
聚合物共混改性原理及应用
聚合物共混改性原理及应用相容性是指不同聚合物在分子水平上能够形成均匀溶解的混合物。
相容性的实现是通过聚合物链间的相互作用力来实现的，例如氢键、范德华力、亲疏水性等。
当两种聚合物的化学结构相似，或者它们之间存在一定的亲和性时，容易形成相容的聚合物体系。
协同效应是指两种或多种聚合物在配比合适的情况下，相互作用使性能超出预期的效果。
例如，在共混聚合物中，一种聚合物的强度和另一种聚合物的韧性相结合，能够获得既强又韧的材料。
协同效应的实现主要通过共混聚合物在分子水平上的相互作用实现，例如链间的缠绕、交联和阻碍等。
1.塑料制品：将不同聚合物进行共混改性，可以获得具有良好韧性、耐热性、耐寒性和耐化学腐蚀性的塑料制品。
共混改性还可以改善塑料的可加工性和成型性。
2.纤维材料：共混改性可以改善纤维材料的抗拉强度、弹性模量、耐磨性和耐腐蚀性。
共混纤维还可以通过添加不同种类的聚合物来调节纤维的吸湿性、抗静电性和阻燃性。
3.涂料和胶粘剂：共混改性可以增加涂料和胶粘剂的附着力、硬度、耐磨性和耐候性。
共混涂料还可以通过添加不同聚合物改变颜色和光泽。
4.医疗器械和药物包装：共混改性可以提高医疗器械的生物相容性、耐溶剂性和耐腐蚀性。
共混材料还可以改善药物包装的密封性、阻光性和防潮性。
5.塑料添加剂和填料：共混改性可以通过添加不同种类的添加剂和填料，来改善塑料的性能和性质。
例如，添加抗氧剂可以提高塑料的抗老化性能，添加阻燃剂可以提高塑料的防火性能。
总之，聚合物共混改性是一种通过混合不同聚合物来改善其性能和性质的方法。
通过相容性和协同效应的作用，可以得到具有新的、优良性能的聚合物复合材料。
聚合物共混改性在塑料制品、纤维材料、涂料和胶粘剂、医疗器械和药物包装等领域有广泛的应用。
聚合物共混体系相容性表征与应用
显微镜(EM)和小角激光散射(SAIS)等较为成熟的方法
获得。
1. 小角激光散射法(SAIS )
SAIS主要应用于结晶性高分子的亚微观结构研究，
SAIS所表征的结构单元大小为几十微米至几百纳米，
与聚合物球晶的尺寸相当，是理想的研究聚合物结晶
的有力工具。SALS不仅仪器简单，测试方法方便，散
射图样明显，直观性强，测试结果准确，分辨率较高， 可以定量计算，而且在测试时不破坏试样，能进行实 时检测。
[1] 童玉华, 刘诤, 刘佑习,等. PBT/PET 共混体系的晶区的相容性及形态结构[J]. 高分子材料科学与工 程, 1998, 5(3): 51-58.
Fig.3为PBT、PET 各自纯组分的X射线衍射图,仔细分析Fig.2中每个衍射峰的位置可 以发现,PBT/PET共混沉析物的每个衍射峰均可以与PBT、PET的晶面衍射峰相对应, 无新的衍射峰产生。Fig.2中衍射峰和强度的变化由PBT、PET各自衍射图形不同程 度的叠加所致,并不是生成混晶。
单重散射图样，而单重图样并不意味着一定生成了共 晶，还需进一步的证明。
2. 差示扫描量热法(DSC)
利用 DSC 是判断 C/A 共混体系间相行为的一种方
法。 DSC 通过精确测量体系在熔融或结晶过程中的
热流量随温度的变化，能给出 Tm( 熔点 ) 、 Tc( 结晶温 度)、Tg、ac(结晶度)、Hw(半峰宽)等有关结晶的大量 信息，并可对结晶动力学进行研究。
[1] 童玉华, 刘诤, 刘佑习,等. PBT/PET 共混体系的晶区的相容性及形态结构[J]. 高分子材料科学与工 程, 1998, 5(3): 51-58.
5.电子显微镜(EM）
在共晶的研究中，根据观察的角度不同，扫描 电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)均有应 用。一张良好的电镜照片可直接观察到共混物的细 微结构。采用不同的染色剂可对饱和烃的共混组分 进行染色观察。
聚合物共混材料的相容性研究
聚合物共混材料的相容性研究聚合物共混材料是由两种或多种聚合物混合而成的材料。
相比于单一聚合物材料，聚合物共混材料具有更好的性能和更广泛的应用领域。
然而，聚合物共混材料的相容性一直是研究的重点和难点之一。
相容性是指不同聚合物之间的相互作用程度，决定了共混材料的物理性质和性能。
如果两种聚合物相互溶解并形成均匀的混合物，即相容性较好；如果两种聚合物不能相互溶解，形成不均匀的相分离结构，即相容性较差。
相容性的研究对于优化共混材料的性能和开发新材料具有重要意义。
一种常用的研究方法是通过相图来分析聚合物共混材料的相容性。
相图是描述不同组分在不同温度和组分比例下的相行为的图表。
通过实验测定不同温度下的共混材料相平衡相图，可以了解不同条件下的相行为和相互作用。
相图的研究结果可以指导共混材料的配方设计和工艺控制，以获得理想的相容性和性能。
除了相图研究，还可以通过物理性质的测试来评价聚合物共混材料的相容性。
例如，通过测量共混材料的玻璃化转变温度、热膨胀系数、力学性能等指标，可以间接评价材料的相容性。
相容性较好的共混材料通常具有较高的玻璃化转变温度、较低的热膨胀系数和较好的力学性能。
聚合物共混材料的相容性研究还可以从分子层面进行。
通过分析聚合物分子链的结构和相互作用，可以揭示共混材料的相容性机制。
例如，聚合物的化学结构、分子量和分子量分布对相容性有重要影响。
此外，还可以通过添加相容剂、改变共混材料的结晶行为等方法来调控相容性。
相容性研究的结果对于聚合物共混材料的应用具有重要意义。
相容性较好的共混材料可以在不同领域发挥出更好的性能。
例如，在塑料工业中，相容性较好的共混材料可以提高塑料的韧性、耐热性和耐化学性；在纺织工业中，相容性较好的共混材料可以提高纤维的强度和耐久性。
总之，聚合物共混材料的相容性研究是一个复杂而重要的课题。
通过相图研究、物理性质测试和分子层面的分析，可以揭示共混材料的相容性机制，并指导材料的配方设计和工艺控制。
聚合物共混原理第三章聚合物共混物相容性
10
这里，Z是晶格的配位数，N1为溶剂个数； φ2为高分子体积分数。
可见，χ1取决于T和△ε，可以为负值。
对于一个固定的聚合物共混体系，χ1值仅决定于
温度T
11
1 P-P共混相容性理论
1949年，Flory和Huggins根据液液平衡的晶格理论，得出了P-P热 力学表达式：
和高分子溶液（P-S）的热力学表达式一致，只是只是把χ1换成了 χ12（H-F相互作用参数）。 但他认为，χ12是纯粹的焓，是非负的，也就是△H〉0，则仅由于 △S的作用才能满足△F〈0，达到P-P之间的相互混溶.
混合热理论
出发点是：对于PB，由于△Sm很小，P-P之间的相容 性决定于混合热，混合热是根据P-P链段之间的吸引 －排斥作用来计算的。混合热理论虽然较简单，但 在理论描述方面比较准确，在估计相容性上比较有 效。
13
2. 聚合物间相容性的热力学分析
14
聚合物间相容的充分、必要条件
15
χ1可看作有3种分量组成：色散力、自由体积和特殊相互作用 力。吸热时χ1为正值，放热时为负值。
34
35
3.6 溶剂 如果两种聚合物采用溶液共混，溶剂对其相容性也有影响。比 如PS和聚甲基乙烯基醚（PVME）共混体系，两种聚合物的相 互作用参数χ23 < 0，但是用不同的溶剂溶解配制成溶液，然后 浇铸制膜时，研究表明，一部分溶剂可以制得均相共混物，而 另一部分溶剂则得到多相共混物 。
36
造成这种表观相容性差别的原因在于，形成不相容 共混物的溶剂均有较高的△χ值。
评价：这一理论仅对特殊的的碳氢混合物才有限度的适用，而难 以解释某些P-P之间较大的相容性。后来对此理论进行了一系列 改进。
12
完全相容的聚合物共混物特例
完全相容的聚合物共混物特例完全相容的聚合物共混物是指两种或更多种不同的聚合物在共混过程中形成均匀的混合物，其中每个聚合物分子与其他聚合物分子之间没有明显的相互作用或相互吸引力。
这种共混物在微观尺度上呈现出单一均匀的相态，具有优异的力学性能、热稳定性和可加工性。
1. 聚合物共混物的定义- 聚合物：由重复单元组成的高分子化合物。
- 共混：将两种或多种不同的聚合物混合在一起，形成新的材料。
2. 聚合物共混物分类- 相容性：根据聚合物之间相互作用力强弱程度，可以将共混体系分为完全相容、部分相容和不相容三类。
- 完全相容：指两种或多种聚合物之间没有明显的相互作用力，能够形成均匀无缺陷结构。
- 部分相容：指两种或多种聚合物之间存在一定程度上的相互作用力，但仍能形成较为均匀结构。
- 不相容：指两种或多种聚合物之间相互作用力较强，形成不均匀结构。
3. 完全相容的聚合物共混物特点- 均匀性：完全相容的聚合物共混物在微观尺度上呈现出单一均匀的相态，没有明显的界面或分离现象。
- 优异性能：由于共混体系中聚合物分子间没有明显相互作用力，因此可以充分发挥各个聚合物的特点，获得优异的力学性能、热稳定性和可加工性。
- 可调性：通过调整不同聚合物的比例和配方，可以改变共混体系的性质和应用范围。
4. 形成完全相容共混物的机制- 相似化学结构：两种或多种聚合物具有相似或兼容的化学结构，使得它们能够在分子级别上实现良好的相互作用。
- 相似链段长度：两种或多种聚合物具有相似长度的链段，有利于链段之间的交叉扩散和排列。
- 相近玻璃化转变温度：两种或多种聚合物具有接近的玻璃化转变温度，有利于形成均匀的玻璃态混合物。
- 相似亲疏水性：两种或多种聚合物具有相近的亲疏水性，使得它们能够在溶液中相互溶解并形成均匀混合物。
5. 完全相容聚合物共混物的应用- 功能性材料：完全相容的聚合物共混物可以用于制备具有特殊功能的材料，如自修复材料、形状记忆材料等。
聚合物共混知识点总结
1.聚合物共混：共混改性包括物理共混、化学共混和物理/化学共混三大类型。
其中，物理共混就是通常意义上的“混合”。
如果把聚合物共混的涵义限定在物理共混的范畴之内，则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。
2.分布混合，又称分配混合。
是混合体系在应变作用下置换流动单元位置而实现的。
3.分散混合是指既增加分散相空间分布的随机性，又减少分散相粒径，改变分散相粒径分布的工程。
分布混合和分散混合在实际的共混工程中是共生共存的，分布混合和分散混合的驱动力都是外界施加的作用力。
4.总体均匀性是指分散相颗粒在连续相中分布的均匀性，即分散相浓度的起伏大小。
5.分散度则是指分散相颗粒的破碎程度。
对于总体均匀性，则采用数理统计的方法进行定量表征。
分散度则以分散相平均粒径来表征。
6.分散相的平衡粒径：在分散混合中，由于分散相大粒子更容易破碎，所以共混过程是分散相粒径自动均化的过程，这一自动均化的过程的结果，是使分散相例子达到一个最终的粒径。
即“平衡粒径”。
7.高分子合金：（塑料合金）指含多种组分的聚合物均相或多相体系，常具有较高的力学性能，作工程塑料。
8.熔融共混：将聚合物组分加热到熔融状态后进行共混（应用广泛）。
采用的设备-----密炼机、开炼机、挤出机等。
本方法最具有工业价值。
9.溶液共混：将聚合物组分溶于溶剂后，进行共混。
本方法主要用于基础研究领域10.乳液共混：将不同聚合物乳液共混方法。
本法可用于橡胶共混改性中；以乳液应用的产品可乳液共混改性等。
11.分散度：反映分散相物料的破碎程度；（分散相的平均粒径和分布表征）12.均一性：反映分散相分散的均匀程度（分散相浓度起伏大小，用统计法）13.相界面：连续相与分散相之间的交界面。
（界面结合好坏对共混物性能有重大影响）14. 所谓聚合物之间的相容性（Miscibility），从热力学角度而言，是指在任何比例混合时，都能形成分子分散的、热力学稳定的均相体系，即在平衡态下聚合物大分子达到分子水平或链段水平的均匀分散。
第2章聚合物之间的相容性ppt课件
2.1.2 聚合物－聚合物二元体系的相图
*
①完全相容
两种聚合物以任意配比混和都能形成分子水平分散的均相体系，称为完全相容。其混合Gibbs自由能变化曲线如图所示。 此时除满足必要条件△G m＜0外，还需满足充分条件：
﹡部分相容的聚合物，其共混物为两相体系。
φ2
﹡部分相容性较大时，称为相容性好。
*
部分相容的聚合物，其共混物为两相体系。聚合物体系部分相容的判据，是两种聚合物的共混物具有两个Tg，且两个Tg峰较每一种聚合物自身的Tg峰更为接近。
*
﹡在聚合物共混体系中，最具应用价值的体系是两相体系。由于部分相容聚合物的共混物为两相体系，因而，部分相容聚合物的共混体系就成了共混研究的重点。 ﹡可以看出，“部分相容”是一个很宽泛的概念，它在两相体系的范畴之内，涵盖了不同程度的相容性。 ﹡对部分相容体系(两相体系)，相容性的优劣具体地体现在界面结合的程度、实施共混的难易，以及共混组分的分散相粒径等诸多方面。其中，分散相的粒径也可作为相容性的一个判据。在其它共混条件相同时，分散相粒径较小的共混体系，相容性较好。
2.1.1 二元体系的稳定条件
*
聚合物之间的相容性就是聚合物之间的相互溶解性，是指两种聚合物形成均相体系的能力。 (1)热力学相容性与工艺相容性 ①热力学相容性 热力学相容性：是从热力学的角度来探讨聚合物之间的相容性。亦可称为互溶性或溶解性(solubility)。 热力学相容体系是满足热力学相容条件的体系，是达到了分子程度混合的均相共混物。 热力学相容条件是混合过程的吉布斯自由能△Gm<0 △Gm= △H+ T△S
聚合物共混物的相容性
聚合物共混及性能的基本原理聚合物共混物的相容性背景•当今合成聚合物己成为实际应用中不可缺少的一类重要材料。
但是，社会发展对聚合物材料提出了日益广泛和苛刻的要求。
例如，既耐高温又易于加工成型，既有卓越的韧性又有较高的硬度，不仅性能良好而且价格低廉等。
单一的聚合物往往难以满足多种多样的要求。
•为获得综合性能优异的聚合物材料，除了继续研制合成新型聚合物外，已有聚合物的共混改性已成为发展聚合物材料的一种卓有成效的途径，近年来越来越引起兴趣和重视。
•新型聚合物的研发成本往往达到聚合物共混物的近百倍，而且一些聚合物共混物的性能也远非单一聚合物可比拟。
聚合物共混物概念聚合物共混物(Polymer blend)是指两种或两种以上均聚物或共聚物的混合物，聚合物共混物中各聚合物组分之间主要是物理结合，因此聚合物共混物与共聚高分子是有区别的。
但是，在聚合物共混物中，不同聚合物链之间难免有少量化学键存在。
例如在强剪切力作用下使得聚合物链断裂，产生大分子自由基，从而形成少量嵌段或接枝共聚物。
此外，为强化参与共混的聚合物组分之间的界面粘接而采用的反应增容措施，也必然会在组分之间引入化学键。
聚合物共混物的研究开始于1912年的橡胶增韧聚苯乙烯。
此后，有关聚合物共混物的研究取得许多重大成果，可以认为是该领域发展的里程碑。
•以高抗冲聚苯乙烯（HIPS）为代表的增韧塑料的生产及其增韧机理的阐明；•以三元乙丙橡胶（EPDM）/PP为代表的热塑性弹性体的开发；•微相分离理论的成功以及对于相容高分子合金体系中特殊相互作用和分子内相互排斥作用的研究进展。
•聚合物共混物的研究呈现出在共混过程中对材料的相形态进行控制的趋势，因为决定新材料性能的关键因素是共混物中的形态结构。
•聚合物共混物的形态控制主要由热力学和动力学两方面的因素决定。
•作为热力学因素的聚合物共混物中各组分之间的相容性是关键因素。
•相容性是聚合物共混体系相行为研究的首要的基本问题，不同聚合物相容性的热力学原因是聚合物物理学者探索的目标之一。
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第一节 聚合物共混物相容性的基本概念
一、共混物的相容性(compatibility, miscibility, solubility)
2. 聚合物的相容性(miscibility)
聚合物之间的相容性，就是表示聚合物混合体系形成单一相（分 子量级的混合）的能力。是指聚合物之间相互溶解的能力，代表 热力学相互溶解，其判据为共混物具有单一的Tg
从热力学角度而言，是指在任何比例混合时，都能形成分子分散 的、热力学稳定的均相体系，即在平衡态下聚合物大分子达到分 子水平或链段水平的均匀分散
1）在通常的温度、压力、组成范围内能够形成单一相
2）形成单一相的热力学的必要条件是混合的吉布斯自由能量ΔGm< 0
热力学因素是共混体系形成均相体系或发生相分离的内在动力， 基本理论体系是“Flory-Huggins模型” 实际应用中，热力学相容体系很少
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第一节 聚合物共混物相容性的基本概念
一、共混物的相容性 6. 部分相容
部分相容的聚合物，其共混物为两相体系。聚合物 体系部分相容的判据，是两种聚合物的共混物具有 两个Tg，且两个Tg峰较每一种聚合物自身的Tg峰更 为接近。
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第一节 聚合物共混物相容性的基本概念
混溶性以是否能获得比较均匀和稳定的形态结构的共混体系为 判据，而不论共混体系是否热力学相互溶解。因此，即使热力 学不相容的共混体系，依靠外界条件实现了强制的、良好的分 散混合，得到了力学性能优良且稳定的聚合物共混物，就可谓 2016/3/23 4 之混溶性好。
第一节 聚合物共混物相容性的基本概念
2016/3/23 19
第二节 聚合物共混物相容热力学理论
二、Flory-Huggins模型
Gm RT n1 ln 1 n2 ln 2 12 n12
式中 n1、n2—— 组分1及2的摩尔分数；
1、2 —— 组分1及2的体积分数；
R ——பைடு நூலகம்气体常数；
χ12
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第一节 聚合物共混物相容性的基本概念
一、共混物的相容性(compatibility, miscibility, solubility)
3. 混溶性(compatibility)
混溶性，是指共混物各组分之间彼此相互容纳的能力。表示共 混组分在共混中相互扩散的分散能力和稳定状态，是指聚合物 共混物中各成分物质的界面结合能力 在实际共混工程中，指能得到具有良好物理、机械性能的共混 材料时聚合物共混物之间的相容性。此时，共混聚合物各组分 间存在一定的相界面亲合力、分散较为均匀，分散相粒子尺寸 不太大，也称机械相容性
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第二节 聚合物共混物相容热力学理论
三、Flory相互作用参数
2. 的温度依存性和相图的关系
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温度T
组成
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第二节 聚合物共混物相容热力学理论
三、Flory相互作用参数 3. UCST相图
UCST——最高临界相容温度 （upper critical solution temperature） PS/PB低聚物共混系。 曲线有最高点(TC)，当体系的 温度T＞TC时，与组成无关均 不会分相，故TC是临界温度。 当体系的温度 T＜ Tc时，成分 在曲线内的共混物都将分相。 临界温度随分子量增加向高温 域移动。
χ12是聚合物-聚合物相互作用参数，r1为聚合物1的 聚合度，若聚合物链节的摩尔体积为Vr，体系的总 体积为V V 2 V1
n1 Vr r1
n2
Vr r2
21
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第二节 聚合物共混物相容热力学理论
二、Flory-Huggins模型
Gm 1 2 ln 1 ln 2 1212 r r V 1 2 RT Vr
二、Flory-Huggins模型
Gm H m TSm
1949年，Huggins和Flory从液-液相平衡的晶格理 论出发，导出了混合焓△Hm和混合熵△Sm的表达 式，得出二元混合物的热力学表达式
Sm R(n1 ln 1 n2 ln 2 )
H m RT12 n12
第一节 聚合物共混物相容性的基本概念
一、共混物的相容性 二、聚合物共混物的相图
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第一节 聚合物共混物相容性的基本概念
一、共混物的相容性(compatibility, miscibility, solubility)
1. 分子热力学相容性(solubility) 热力学相容性，亦称互溶性或溶解性 是指满足热力学相容条件，在任何比例混合时，都能形 成分子分散的、热力学稳定的均相体系的性质 热力学相容条件：混合过程ΔGm< 0 在聚合物共混中，分子程度的混合难以实现。因而，这 一概念在聚合物共混研究领域未得到普遍接受
相容性（具有热力学的定义）——异种聚合物以 分子量级相互溶解的能力（miscibility, mutual solubility）。
混溶性——异种聚合物不能实现分子量级相互溶 解的混合系，但比较容易获得所期待的性能的能 力，即共混体系中成分物质的界面结合能力 （compatibility）。
相图—相图是用来表示材料 相的状态与温度及组成关系 的综合图形，它反映了组成 成分及温度变化时所可能发 生的相的变化。 相图可直观地描述聚合物共 混物的相容性。 在生产中，相图可以作为制 定材料混炼和热处理等工艺 以及分析性能的重要依据
一相
高于此温度，体系为 热力学相容体系；低 于此温度，体系在一 定组成范围内发生相 分离
不相容：不相容聚合物的共混物也有两个Tg峰，但 两个Tg蜂的位置与每一种聚合物自身的Tg峰是基本 相同的。
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第一节 聚合物共混物相容性的基本概念
一、共混物的相容性
二、聚合物共混物的相图
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第一节 聚合物共混物相容性的基本概念
二、聚合物共混物的相图
共混物发生相分离的温度与 组成的关系图，称为共混物 的相图。共混物相图所表征 的相分离行为，可以用来研 究共混组分之间的相容性
Polymer A Polymer B
混合
Polymer Blend
聚合物A和B聚合物混合时吉布斯自由能量的变化
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第二节 聚合物共混物相容热力学理论
一、聚合物共混体系相容性判定标准
Polymer A Polymer B
混合
Polymer Blend
热力学第二定律
二、Flory-Huggins模型
Gm 1 2 ln 1 ln 2 1212 r r V 1 2 RT Vr
聚合物的分子量很高时，体系的自由能主要由混合焓 决定，即混合焓对聚合物共混相容性起决定作用。
聚合物-聚合物体系是否相容，即△Gm是否小于0， 取决于Flory相互作用参数 ，即 必须要十 分接近于0。
UCST Upper Critical Solution Temperature
一相
两相
具有上临界混容温度的体系
两相
LCST Lower Critical Solution Temperature
一相
具有下临界混容温度的体系
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第一节 聚合物共混物相容性的基本概念
二、聚合物共混物的相图
混合能自发进行 两组分相容
Gm H m TSm
△Hm
混合焓，
混合不能自发进行 两组分不相容
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△S m
混合熵
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第二节 聚合物共混物相容热力学理论
一、聚合物共混体系相容性判定标准
二、Flory-Huggins模型
三、Flory相互作用参数
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第二节 聚合物共混物相容热力学理论
两相
具有UCST的体系
两相
一相
低于此温度，体系为 热力学相容体系；高 于此温度，体系在一 定组成范围内发生相 分离
具有LCST的体系
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第一节 聚合物共混物相容性的基本概念
典型的高分子二元共混物相图
一相 两相
两相
一相
两相
一相
两相
两相
两相 一相 一相
UCST+LCST:聚苯乙烯/聚苯醚、 聚甲基丙烯酸甲酯/氯化聚乙烯、 苯乙烯/丙烯腈共聚物/丁腈橡胶
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第一节 聚合物共混物相容性的基本概念
一、共混物的相容性 5. 完全相容
完全相容的聚合物共混体系，其共混物可形成均相 体系。 因而，形成均相体系的判据亦可作为聚合物对完全 相容的判据。也就是说，如果两种聚合物共混后， 形成的共混物具有单一的Tg则可以认为该共混物为 均相体系。
—— Huggins—Flory相互作用参数
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第二节 聚合物共混物相容热力学理论
二、Flory-Huggins模型
Scott和Tompa把上述关系引入聚合物-聚合物体系， 则聚合物共混体系混合吉布斯自由能：
Gm RT (n1 ln 1 n2 ln 2 12 n1r12 )
V — 混合体系的体积， Vr — 链段的摩尔体积
φ1,φ2 — 组分1,2聚合物的体积分数，R—气体常数 r1, r2 —组分1,2聚合物的链节数， T — 绝对温度 — Flory相互作用参数
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第二节 聚合物共混物相容热力学理论
二、Flory-Huggins模型
Gm 1 2 ln 1 ln 2 1212 r2 r1 V RT V r