聚合物改性-界面课件
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第三章聚合物的表面改性 材料表界面课件
interface will influence its properties.
-C-C-
Woven carbon fiber composite
-C-O -C=O
XPS limitations:
1. Inability to detect hydrogen (H) and Helium (He) 2. X-Ray beam diameter is wider (limit is about 150
。
3.3.2 火焰处理和热处理
● 火焰处理是用可燃性气体的热氧化焰对聚合物表面进行 瞬间高温燃烧，使其表面发生氧化反应而达到处理的⻋ 的。
可燃性气体通常采用焦炉煤气、甲烷、丙烷、丁烷、天然气和 一定比例的空气或氧气；
瞬间：0.01~0.1s内；高温：1000~2700 ℃； 氧化过程按自由基机理进行，表面可被氧化引入含氧基团，并 随着发生断链反应。
或单体在等离子体的作用下发生反应。
聚合物表面与氧等离子体发生的反应：
□ CO2，CO，H2O及其它含氧的气体在等离子状态下也 可分解为原子氧，也具有氧等离子作用。
□ 等离子体表面氧化反应是自由基连锁反应，反应不仅引 入了大量的含氧基团，如羰基，羧基及羟基，而且对材 料表面有刻蚀作用。
□ 氮等离子体中有N，N+，N-，N*等活性粒子,与聚合 物 表面自由基反应,引入含氮的活性基团。
Electromagnetic spectrum
Various processes (b, c) can take place after hole generation (a)
Why UHV for Surface Analysis?
■
Degree of Vacuum
聚合物改性第1讲.ppt
1.1 基本概念
高分子合金----不同大分子链的结合体系。 （1）物理结合：熔体、溶液共混如PVC/CPE、 PVC/NBR、PP/EPDM （2）化学结合：嵌段共聚物、接枝共聚物 如SBS、HIPS、ABS （3）IPN（相互贯穿网络）—两种高分子各自形成网络、 彼此相互穿插，但两网络（分子链）间不能形成化学键
PE/PA
LLDPE/LDPE
PP/PE PP/EPR及 PP/EPDM 聚丙烯系 列合金
改善PP的韧性，主要用于注塑成型制 品 提高PP的韧性，耐低温脆裂性，用以 制造汽车保险杠等工程部件 提高PP的冲击强度，主要用于制造抗 冲制品 耐油性卓越，韧性较好，适用于耐油 抗冲制品
熔体共混 熔体共混及 共聚—共混 熔体共混， 常用双辊炼 塑机 反应增容， 熔体共混
① 机械共混法
机械共混法是依靠物理作用实现高聚物共混的方法， 工程界又常称之为物理共混法，共混过程在不同种类的混合
或混炼设备中完成。
大多数高聚物的共混物均可用物理共混法制备，在混合 及混炼过程中通常仅有物理变化。但有时由于强烈的机械剪 切作用及热效应使一部分高聚物发生降解，产生大分子自由 基，继而形成少量接枝或嵌断共聚物，但这类反应不应成为
2. 机械和电子元器件。
电子电气及办公自动化设备20%，一般精密机械占6% 3.医疗、体育及其他占12%。 目前北美是最大的塑料合金消费地区，占45%， 其次是欧洲，占34%，
亚洲和太平洋地区占21%。
北美，PPO合金占塑料合金需求总量的25%以上，其
中尤以PPO/PA、PPO/PET和PPO/PBT合金的需求量最 大；PC合金占总需求量的12%以上；用于汽车的ABS 合金占9.9%。
表1 世界生产的主要塑料合金品种
第05章 化学改性ppt课件
RӨ+nA → R~~~AAA Ө +mB→ R ~~~（AAA)BBB ~~~ Ө
若采用双官能团化合物去终止上述反应，则可得三嵌段共聚物。
R~~~（AAA)BBB ~~~ ӨLi++（CH3)2SiCl2 →RAAA.···BBB .···AAAR
以上三嵌段共聚物同样也可以先合成B单体的双负离子活 性聚合物，再和单体A反应制备：
共同进行辐射。 主链聚合物侧含有>C=O、>C—Cl 常用辐射源：紫外光 例：
紫外光
~~~CH2CH~~~~ ~~~~CH2CH·~~~~ + CH3C·=O |
CH3—C=O
（2）预辐射法——先辐照聚合物，使其产生捕集型自由
基，再用乙烯型单体继续对已辐照过的聚合物进行
处理，得到接枝共聚物。
辐射源：高能量ν射线
或：~~CH2—CH=CH—CH2~~~~ +R· ~~~~CH2—CH=CH— CH·~~~~ +RH
组成：未接枝的的聚合物；
已接枝的聚合物；
单体的自聚物；
混合单体的共聚物
接枝效率＝[已接枝单体质量/（已接枝单体质量+接枝单体 均聚物质量）] * 100%
其影响因素：引发剂，聚合物主链结构，单体种类，反应配 比及反应条件等 如：引发剂BPO优于AIBN； C6H5比（CH3）2C·—CN活泼，易夺H
引 发
增 长
R CH2 CHaCH2 CH CH CH2Li 丁 二 烯
交 叉 引 发
RCH2 CHaCH2 CHCHCH2 Li 丁 二 烯
第 二 次 增 长
S t 交 叉 引 发
第 三 次 S t增 长 RC H 2 C H aC H 2 C HC HC H 2bC H 2 C H aL i
若采用双官能团化合物去终止上述反应，则可得三嵌段共聚物。
R~~~（AAA)BBB ~~~ ӨLi++（CH3)2SiCl2 →RAAA.···BBB .···AAAR
以上三嵌段共聚物同样也可以先合成B单体的双负离子活 性聚合物，再和单体A反应制备：
共同进行辐射。 主链聚合物侧含有>C=O、>C—Cl 常用辐射源：紫外光 例：
紫外光
~~~CH2CH~~~~ ~~~~CH2CH·~~~~ + CH3C·=O |
CH3—C=O
（2）预辐射法——先辐照聚合物，使其产生捕集型自由
基，再用乙烯型单体继续对已辐照过的聚合物进行
处理，得到接枝共聚物。
辐射源：高能量ν射线
或：~~CH2—CH=CH—CH2~~~~ +R· ~~~~CH2—CH=CH— CH·~~~~ +RH
组成：未接枝的的聚合物；
已接枝的聚合物；
单体的自聚物；
混合单体的共聚物
接枝效率＝[已接枝单体质量/（已接枝单体质量+接枝单体 均聚物质量）] * 100%
其影响因素：引发剂，聚合物主链结构，单体种类，反应配 比及反应条件等 如：引发剂BPO优于AIBN； C6H5比（CH3）2C·—CN活泼，易夺H
引 发
增 长
R CH2 CHaCH2 CH CH CH2Li 丁 二 烯
交 叉 引 发
RCH2 CHaCH2 CHCHCH2 Li 丁 二 烯
第 二 次 增 长
S t 交 叉 引 发
第 三 次 S t增 长 RC H 2 C H aC H 2 C HC HC H 2bC H 2 C H aL i
聚合物共混与改性第五章 共混物的相容热力学和相界面
在Spinodal曲线外侧， △Gm对x曲线是凹面向 上的，共混体系在这样的温度和组成条件下，其 均相结构是稳定的，或者至少是亚稳的。 反之，在Spinodal曲线内侧，△Gm对x关系曲线 是凹面向下的，在这样的温度和组成条件下，共 混体系会发生相分离。
2 G m x
2
0
2 G m x
12
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
2 G m x
2
0
2 G m x
12
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
第六章聚合物表面改性
HV（a.c.)
介质阻挡放电
形成条件: 1. 二电极间有绝缘介质
存在 2. 交变电场
特点： 1. 高气压 (105-106 Pa) 2. 高电压降 (103-105 V) 3. 低电流密度
(10-2-10-3A/cm2)
4. Te >> Ti Tg
102 °K
大气压辉光放电 (APGD) Masuhoro Kogoma et al. 1987 年世界上首次获得
辐射源：能产生高能射线的物质和装置
二.辐射接枝改性 表7-3 各种接枝方法的比较
1.辐射接枝改性原理 （1）共辐射法
图7-5 共辐射接枝聚合过程
（2）预辐射法
图7-6 预辐射接枝机理 2.共辐射接枝的应用 （1）聚合物表面性能的改进 利用辐射可以在聚合物表面接枝一些单体或低聚物，从而达到 改性的目的，通过辐射接枝可以改善聚合物的亲水性，耐油性， 染色性，抗静电能力，抗溶剂性，生物相容性等。
橡胶
SBR 氟橡胶 NBR
硅烷偶联剂
氨烃基、异氰酸烃基 氨烃基、丙烯酰氧烃基、阳离子烃基
氨烃基、丙烯酰氧烃基 链烯基、氯烃基、氨烃基、环氧烃基、 丙烯酰氧烃基、阳离子烃基、过氧化烃基
环氧烃基、多硫烃基 氨烃基、阳离子烃基 多硫烃基、丙烯酰氧烃基
近年来相对分子质量较大和具有特种官能团的硅烷偶联剂发展很快。
利用等离子体对高分子材料表面接枝改性，是制备生物用高分 子材料的一个重要方面。
第四节 辐射改性
一.辐射化学定义 辐射化学主要研究电离辐射与物质相互作用所产生的化学效应。 辐射诱导化学变化主要有：辐射聚合、辐射合成、辐射分解、 辐射降解等。 聚合物表面改性主要涉及辐照接枝表面改性，聚合物利用电离 辐射（直接或间接地导致分子的激发和电离）来诱发一些物理 化学变化。
第一章聚合物的化学改性
是在酯基的甲基上。
2.活性基团引入法 原理：首先在聚合物的主干上导入易分解的活性基团，然后 在光、热作用下分解成自由基与单体进行接枝共聚。
Br C H2 H C C H2 C
hv
BBB C H2 C C H2 C
nB
叔碳上的氢很容易氧化，生成氢过氧化基团，进而分解为自由 基，由此可利用聚对异丙基苯乙烯支取甲基丙烯酸甲酯接枝物。
PMMA-g-NR
第三节 嵌段共聚改性
一.基本原理
定义：嵌段共聚物分子链具有线型结构，是由至少两种以上 不同单体聚合而成的长链段组成。嵌段共聚可以看成是接枝 共聚的特例，其接枝点位于聚合物主链的两端。 嵌段共聚物可分为三种链段序列基本结构形式：
图2-2
放射状嵌段共聚物的链段序列结构
表
嵌段共聚类型
Si
O
C
2.嵌段共聚物的应用
主要应用材料可分为三类：嵌段共聚物弹性体，增韧热塑性
弹性树脂和表面活性剂。
●嵌段共聚物弹性体：嵌段共聚物热塑性弹性体主
合成大单体的主要方法有阴离子聚合、阳离子聚合、自由基 聚合等方法。
（2）大单体与小单体合成接枝共聚物技术：
主链由小单体聚合而成；
支链为相对分子质量分布均匀的大单体。
优点：
●更简单、更广泛的合成接枝共聚物；
●能合成数量繁多的接枝共聚物； ●大单体技术还可将两种性能差异较大的聚合物（如亲水和亲 油）以化学键结合。
定义：利用反应体系中的自由基夺取聚合物主链上的氢而链
转移，形成链自由基，进而引发单体进行聚合，产生接枝。
CH2
CH2
CH
CH
CH2
CH
+ R
+ RH
CH
《聚合物表面与界面》PPT课件
h
2hr 2 r
2
(1-53)
tan
=
r
2hr 2 h2
(1-54)
停滴法测接触角
➢ 吊片法
• 将表面光滑、均匀的固体薄片垂直插入液体 中，如果液体能够润湿此固体，则将沿薄片 平面上升。升高值h与接触角θ之间的关系为:
sin=1- gh2 2LG
(1-55)
吊片法测接触角
➢ 电子天平法
• 设一根纤维浸在某液体中，纤维的另一端 挂在电子天平的测量臂上。用升降装置使 液面逐渐下降。纤维经（b）状态脱离液面 的瞬间，电子天平测出该变化过程中力的 变化∆P，由记录仪记下曲线。
《聚合物表面与界面》 PPT课件
9.1 表界面的定义
定义： 表界面是由一个相过渡到另一个相的过渡区域。 表界面区的结构、能量、组成等都呈现连续的梯
度变化。
五类表界面： 固－气 液－气 固－液 液－液 固－固
9.2 表面张力和表面自由能
• 处于液体表面的分子所受的力场是不平衡的， 受到指向液体内部并垂直表面的力，从而产生 表面张力(单位N/m)。
γsv-γsl=γlv cosθ
θ=0;cosθ=1 完全润湿，液体在固体表面铺展 0<θ<90 液体可润湿固体，且θ越小， 润湿越好 90°<θ<180°液体不润湿固体。 θ=180 完全不润湿，液体在固体表面凝成小球 γsl=(γs1/2-γl1/2)／｛1-[0.015(γsγl)1/2] }
嵌段共聚物组成对表面张力的影响
高韧性PP冲击试样切面的AFM图像
共混
• 在均聚物共混中，低表面能的组分在 表面上被优先吸附，使体系表面张力 下降。氧化乙烯和氧化丙烯均聚物的 共混结果所示，随低表面能氧化丙烯 均聚物的增加，共混体系的表面能明 显下降，而且这种行为随分子量的增 加而加剧。
第4章聚合物填充改性ppt课件
影响导电性能的因素： 填料量 不同种类的炭黑的影响 基质聚合物的影响 形状因子的影响
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
（2）填料的粒径
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
除上述功能性填充剂外,利用吸附功能和 缓释放功能的填充剂的应用也有所增加 例如,在橡胶、塑料等高分子基体中填充 经过浸渍或被覆芳香剂的化合物的制品 也常常见到。包合化合物和夹层化合物 是今后有待发展的功能性填充剂素材。
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
(7) 滑动性 为使橡胶和塑料获得滑动性能,除浸油法外,添
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
二、填充改性效果
1、增量 降低成本、节约原材料，称增量剂，如
PVC中加碳酸钙
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
（2）填料的粒径
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
除上述功能性填充剂外,利用吸附功能和 缓释放功能的填充剂的应用也有所增加 例如,在橡胶、塑料等高分子基体中填充 经过浸渍或被覆芳香剂的化合物的制品 也常常见到。包合化合物和夹层化合物 是今后有待发展的功能性填充剂素材。
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
(7) 滑动性 为使橡胶和塑料获得滑动性能,除浸油法外,添
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
二、填充改性效果
1、增量 降低成本、节约原材料，称增量剂，如
PVC中加碳酸钙
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
聚合物改性-界面
或反应基团； 在某聚合物上引入特殊作用基团； 加入第三组分进行增容； 两相之间产生部分交联，形成物理或化学缠结； 形成互穿网络结构（IPN）； 改变加工工艺，施加强烈的力剪切作用等。
增容剂
当两种相容性较差的聚合物进行共混时，由于分 散相和连续相界面的张力过大，使两组分间缺乏 亲和性，故界面粘合力低，力学性能大幅度降低， 导致在加工或产品使用过程中会出现分层或断裂 现象。
研究高聚物多相体系的界面结构、界面的相容性与粘接作 用、界面上的残余应力、环境对界面的作用以及这些因素 对整体力学性能的影响，目的在于弄清关系以便找到提高 这种材料性能的有效措施。
聚合物共混物的界面
两种聚合物的共混物中存在三种区域结构：两种 聚合物各自独立的相和两相之间的界面层。界面 层也称为过渡区，在此区域发生两相的粘合和两 种聚合物链段之间的相互扩散。界面层的结构， 特别是两种聚合物之间的粘合强度，对共混物的 性质，特别是力学性能有决定性的影响。
transfer from one phase to the other is enhanced.
增容剂的作用
提高共混的分散度，使分散相颗粒细微化和均匀分布； 加强共混物两相间的粘合力，使不同相区间能更好地传递
所受的应力，使呈热力学不相容的共混物成为工艺相容的 共混物。
增容剂的基本考虑
能降低表面自由能，在混合过程中具有良 好的分散能力；
增容剂就是以界面活性剂的形式分布于共混物两 相界面处，使界面张力降低，增加共混组分之间 的相容性和强化聚合物之间的界面粘结。
Schematic sketch of the interfacial region of an immiscible blend composed of phase A, phase B, and an interfacial layer C.
增容剂
当两种相容性较差的聚合物进行共混时，由于分 散相和连续相界面的张力过大，使两组分间缺乏 亲和性，故界面粘合力低，力学性能大幅度降低， 导致在加工或产品使用过程中会出现分层或断裂 现象。
研究高聚物多相体系的界面结构、界面的相容性与粘接作 用、界面上的残余应力、环境对界面的作用以及这些因素 对整体力学性能的影响，目的在于弄清关系以便找到提高 这种材料性能的有效措施。
聚合物共混物的界面
两种聚合物的共混物中存在三种区域结构：两种 聚合物各自独立的相和两相之间的界面层。界面 层也称为过渡区，在此区域发生两相的粘合和两 种聚合物链段之间的相互扩散。界面层的结构， 特别是两种聚合物之间的粘合强度，对共混物的 性质，特别是力学性能有决定性的影响。
transfer from one phase to the other is enhanced.
增容剂的作用
提高共混的分散度，使分散相颗粒细微化和均匀分布； 加强共混物两相间的粘合力，使不同相区间能更好地传递
所受的应力，使呈热力学不相容的共混物成为工艺相容的 共混物。
增容剂的基本考虑
能降低表面自由能，在混合过程中具有良 好的分散能力；
增容剂就是以界面活性剂的形式分布于共混物两 相界面处，使界面张力降低，增加共混组分之间 的相容性和强化聚合物之间的界面粘结。
Schematic sketch of the interfacial region of an immiscible blend composed of phase A, phase B, and an interfacial layer C.
聚合物改性 ppt课件
物一般都是混浊的。（除非两聚合物的折射率相同）。
改变共混物的组成，可得到一系列浊点，连接起来即为浊点相图。
4.相容性的预测及测定方法 虽然XAB可预测相容性，但实测困难，用
溶解参数更直观。
物理意义：材料单位体积内聚能密度的 开平方 .
E 1/2 V
由Scott方程可得
H M /V 1 2 (12 )2
相容性的测定方法 共溶剂法 较古老的方法，现在用的少。 光学透明法（浊点法）
共混物相容是透明的，相分离时不透明。注意： 两聚合物的折射率差很小时或微区尺寸小于入 射光波长时，也是透明的。
玻璃化转变温度法
前面介绍的两个Tg位置关系，一般用动态力学 性能法测力学损耗峰。或用DSC法。
红外光谱法 共混谱带与单一组分比发生偏
两相共混体系 △Gm= △Hm-T△Sm 一般两聚合物分子间无特殊相互作用时
△Hm﹥0 （混合吸热）
△Sm ﹥0 （混合熵增，但值较小） 一般：T ﹥0
T△Sm ﹥0 要满足△Gm﹤0 需 △Hm ﹤ T△Sm
要满足△Gm﹤0 需 △Hm ﹤ T△Sm 所以 △Hm 要尽量小。
（ 而一般△Hm ﹥ T△Sm △Gm ﹥ 0 ，大多数聚合物 对是不相容体系。）
可能形成具有增容作用的接枝或嵌段共聚物。
接枝共聚物
嵌段共聚物
一般嵌段共聚物效果优于接枝共聚物 ，少量的低分子量嵌段共聚物 就可起较好的增容效果。
反应性共聚物 加入第三组分，化学作用
增容剂与共混的聚合物组分之间形成新的化学 键。 如A-C型反应性共聚物 ，C可与聚合物B 发生官能团间的化学反应。
原位聚合形成（就地合成）
在强烈的机械剪切力作用下，聚合物大分子有
按相容性程度划分为：
改变共混物的组成，可得到一系列浊点，连接起来即为浊点相图。
4.相容性的预测及测定方法 虽然XAB可预测相容性，但实测困难，用
溶解参数更直观。
物理意义：材料单位体积内聚能密度的 开平方 .
E 1/2 V
由Scott方程可得
H M /V 1 2 (12 )2
相容性的测定方法 共溶剂法 较古老的方法，现在用的少。 光学透明法（浊点法）
共混物相容是透明的，相分离时不透明。注意： 两聚合物的折射率差很小时或微区尺寸小于入 射光波长时，也是透明的。
玻璃化转变温度法
前面介绍的两个Tg位置关系，一般用动态力学 性能法测力学损耗峰。或用DSC法。
红外光谱法 共混谱带与单一组分比发生偏
两相共混体系 △Gm= △Hm-T△Sm 一般两聚合物分子间无特殊相互作用时
△Hm﹥0 （混合吸热）
△Sm ﹥0 （混合熵增，但值较小） 一般：T ﹥0
T△Sm ﹥0 要满足△Gm﹤0 需 △Hm ﹤ T△Sm
要满足△Gm﹤0 需 △Hm ﹤ T△Sm 所以 △Hm 要尽量小。
（ 而一般△Hm ﹥ T△Sm △Gm ﹥ 0 ，大多数聚合物 对是不相容体系。）
可能形成具有增容作用的接枝或嵌段共聚物。
接枝共聚物
嵌段共聚物
一般嵌段共聚物效果优于接枝共聚物 ，少量的低分子量嵌段共聚物 就可起较好的增容效果。
反应性共聚物 加入第三组分，化学作用
增容剂与共混的聚合物组分之间形成新的化学 键。 如A-C型反应性共聚物 ，C可与聚合物B 发生官能团间的化学反应。
原位聚合形成（就地合成）
在强烈的机械剪切力作用下，聚合物大分子有
按相容性程度划分为：
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学习交流PPT
4
界面层的形成
聚合物共混物界面层的形成可分为两个步骤: 第一步是两相之间的相互接触； 第二步是两种聚合物大分子链段之间的相互扩散。
学习交流PPT
5
• 聚合物大分子链பைடு நூலகம்的相互扩散有两种情况：
• 若两种聚合物大分子具有相近的活动性，则两大 分子链段以相近的速度相互扩散；
• 若两大分子的活动性相差很大，则两相之间扩散 速度差别很大，甚至发生单向扩散。
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6
两聚合物大分子链段相
互扩散的结果是两相均会
产生明显的浓度梯度，如
图所示，聚合物1向聚合物
2扩散时，其浓度逐渐诚小，
同样聚合物2在向聚合物1
扩散时，共浓度逐渐减小，
最终形成聚合物共存区，
界面层中两种聚合物链段的浓度梯度 1、聚合物1链段浓度
这个区域即为界面层
2、聚合物2链段浓度
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聚合物共混物界面设计
主要内容
• 聚合物共混物的界面 • 共混物界面上的扩散与界面层结构 • 改善界面层的方法 • 不相容聚合物共混物的增容
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概述
• 界面对高聚物共混体系和高聚物基复合材料的力学性能起 到非常关键的作用；
• 界面能提供应力的传递，又能阻断裂纹的扩展以及在一定 的情况下将以脱粘和滑动摩擦等形式来吸收在承受外力时 所产生的破坏能。
② 分子链比各自相区内排列松散，因而密度稍低于两相聚合 物的平均密度；
③ 界面层内往往易聚集更多的表面活性剂及其他添加剂等杂 质，分子量较低的聚合物分子也易向界面层迁移。这种表 面活性剂等低分子量物越多，界面层越稳定，但对界面粘 结强度不利。
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界面上的扩散交叉现象示意图
在热处理中由 于热运动产生的 相互扩散对流， 使接触面形成凹 凸交叉的结果。
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• Price等用装有X射线光电子能量谱装置的扫描电镜来追踪
聚己内酰胺与聚氯乙稀的相互溶解过程，并由此来研究两
个分子态高聚物的相容性。除了对这种体系的共混物在实
的聚合物最终形成均相，相界面消失
界面层示意图
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聚乳酸的共混改性-界面
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两相之间的粘合
就两相之间粘合力性质而言，界面层有两种基本类型
• 两相之间存在化学键，例如接枝和嵌段共聚物的情 况；
• 两相之间仅靠次价力作用而粘合，如一般机械法共 混物的情况。
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相界面
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PA66/ABS/PTW blends
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两种分子链段在界 面层充分接触，相 互渗透，以次价力 相互作用，形成较 强的界面粘结力。
共混物中两种聚合物之间相互扩散的示意图
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界面层的结构组成和独立相区的差别
① 两种分子链的分布是不均匀的，从相区内到界面形成一浓 度梯度；
• 在界面上形成过渡层，大分子链段相互扩散，彼此可以进入对
方内部一定范围，形成在两者界面上一定厚度范围内同时存在
两种大分子链段，通常把这一定的厚度范围称为过渡层。
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共混物相界面形态的两个基本模型
(a) 不相容体系、或相容性很小的体系，I组分与Ⅱ组分之间没
有过渡层。
(b) 两相组分之间具有一定相容性，I组分与Ⅱ组分之间存在一
共混物界面上的扩散现象
PP/PE片叠合起来制成层叠试样，用偏光显微镜和红外吸收光谱仪 来观察合拢后的高聚物界面上的输运现象。随热处理时间的延续， 界面上发生两相的高聚物相互输运，即1h左右即可达到100μm的 异种分子的相互扩散层。
PE相与PP相在180℃时的相互运输现象（曲线上
的数字是PE支化度的表示，数字越小则支化度越大）
x=77.5nm；t=1h，x=600nm。由此可见，界面上发生的输
运速度是足够快的。如果从共混物界面厚度理论值的数量
级来看，几个纳米的界面扩散应发生在1s之内，说明界面
达到平衡的时间是很短的。
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嵌段共聚物微区消失与 生成过程的示意
Hashimoto等人把苯乙烯与异 戊二烯的嵌段共混物在高温下 用X射线小角散射来测定分相微 区的消失速度 。这种在室温下 的微区分相到高温时的链段彼 此均匀溶解状态，在200℃时只 须1min。这是因为微区的尺寸 在几十纳米时能够在短时间内 实现分子重排所致。
• 研究高聚物多相体系的界面结构、界面的相容性与粘接作
用、界面上的残余应力、环境对界面的作用以及这些因素
对整体力学性能的影响，目的在于弄清关系以便找到提高
这种材料性能的有效措施学。习交流PPT
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聚合物共混物的界面
两种聚合物的共混物中存在三种区域结构：两种 聚合物各自独立的相和两相之间的界面层。界面 层也称为过渡区，在此区域发生两相的粘合和两 种聚合物链段之间的相互扩散。界面层的结构， 特别是两种聚合物之间的粘合强度，对共混物的 性质，特别是力学性能有决定性的影响。
个学过习渡交流层PPT。
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界面层厚度
界面层的厚度主要取决于两种聚合物
的界面相容性，此外还与大分子链段
的尺寸、组成以及相分离条件有关。
不相容的聚合物，链段之间只有轻微
的相互扩散，界面层厚度很小，而且
聚合物之间的相界面很明显。随着聚
合物的相容性增加，扩散程度增大，
相界面越来越模糊，界面层厚度越来
越大，两相的黏合力增大。完全相容
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界面层结构
• 机械共混物中两种大分子链段在界面互相扩散的 程度主要取决于两种聚合物的溶解度参数、界面 张力和分子量等因素。
• 溶解度参数相近，两种分子容易相互扩散，界面 层较宽；完全不相容的共混体系，不会形成界面 层。
• 两种聚合物的表面张力接近，界面张力小，有利 于两相聚合物分子相互湿润和扩散。
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两种聚合物共混时，相互接触的界 面层可能出现三种情况
• 由于具有热力学混溶性的两种聚合物是完全互溶的，两种大分 子链段强烈相互扩散，在强大的机械剪切力作用下，彼此结合 成为一种物质，这时已无相的界面存在，形成单相匀一状态。
• 聚合物的大分子链段相互扩散能力差，仅仅进行接触表面的扩 散，此时界面比较明显。
验中观察界面接触层图像外，还追踪在界面上浓度分配的
时间变化，由此求出这两种高聚物之间的相互扩散系数D。
D大约处在10-12cm2·s-1的范围内。
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• 根据E-instein公式： x (Dt)2 可以算出t秒钟时的平均扩
散距离。结果t=1s时，x=10nm；t=5s，x=24.5nm；t=1min，