高分子合金(界面)PPT课件
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8
聚合物的MacLeod指数
Polymer
Polychloroprene Poly(methyl methacrylate) Poly(n-butyl methacrylate) Polystyrene Poly(vinyl acetate) Poly(ethylene oxide) Polyisobutylene Polypropylene Polyethylene,linear Polyethylene,branched Poly(dimethylsiloxane)
3
二、表面张力与温度的关系
温度是决定一个体系表面张力的重要因素，温度对表 面张力的影响比较复杂，对于绝大多数小分子体系，表面 张力随温度升高而线性下降，对于大多数高分子体系也有 同样的变化规律，但下降幅度要小于小分子体系，温度系 数－d/dT一般在0.1dyn/cm.K左右[1～3]，而高分子体系一 般为0.05～0.08dyn/cm.K[4～6]。因为－d/dT相当于表面熵， 长链分子的构型限制使高分子的－d/dT值较小。
化规律也完全不同于本体性质，例如正烷烃、全氟烷烃、聚甲 基苯乙烯、聚异丁二烯等的表面张力与分子量的倒数呈很好的 线性关系，人们通过对同系物的表面张力进行深入地研究总结 出一个表面张力与分子量的经验关系式[1，2]：
ke
2
Mn3
可以用这个经验公式来定量地描述聚合物的表面张力随 分子量的变化，虽然对于某个具体聚合物会有些偏差。
Fox等人对同系物的本体性质做了大量研究，得出本 体性质与分子量有下述关系[1～4]：
XB
XB
kB Mn
Tg、Cp、比体积、热膨胀系数、折射率、抗张强度 等本体性质与分子量都存在这样的关系。
11
参考文献： [1]T. G. Fox and P. J. Flory,
J. Polym. Sci., 1954, 14, 315 [2] T. G. Fox and P. J. Flory,
[5] S. Wu
J. Polym. Sci., 1971, C34, 19
[6] R. J. Roe
J. Phys. Chem., 1968, 72, 2013
5
表面张力随温度升高而线性下降的聚合物
6
全氟代烷体系的表面张力与温度的关系很好地符合二
次方程[1]。对于高分子体系，表面张力与温度的关系偏离 线性关系的情况很多，人们建立起了很多适用于不同体系 的方程，例如：
第四章 二元高分子共混体系的界面
一、表面张力 二、界面张力 三、聚合物之间的粘合
1
对于不相容或部分相容体系，一般具有多相结构，各 相之间有一个比较稳定的界面相，这个界面相在各相间起 到一个桥梁和纽带的作用，它的许多性质完全不同与本体 相，而且，共混体系的许多性质和性能取决于界面相的性 质或性能。例如，共混体系的力学性能很大程度上由界面 相决定。因此聚合物共混体系的界面性质研究是多相高分 子材料领域十分重要的研究课题。
4
[1] S. Wu
J. Macromol. Sci., 1974, C10, 1
[2] E. A. Guggenheim
J. Chem. Phys., 1945, 13, 253
[3] L. Reidel
Chem. Ing. Tech., 1955, 27, 209
[4] S. Wu
J. Colloid Interface Sci., 1969, 31,153
2
第一节 表面张力
一、表面张力和表面自由能
（1）表面自由能：在一定条件下（如给定T、P）增加 单位表面积所引起体系自由能的变化。
（2）表面张力：在一定条件下（如给定T、P）增加单 位表面长度所需要的力。
表面自由能和表面张力越大，体系越趋向于减小表面积。 如果表面自由能的单位为erg/cm2，表面张力的单位为 dyn/cm，则表面自由能和表面张力的数值是一样的。
J. Appl. Phys., 1959, 21, 581 [3] T. G. Fox and S. Loshaek,
J. Polym. Sci., 1955, 15, 371 [4]R. Boyer,
Rubber Chem. Technol., 1963, 36, 1303
12
表面性质与本体性质有很大差别，表面张力随分子量的变
MacL.2
4.4
3.4
3.0
4.1
3.2
3.2
3.3
3.5
9
将MacLeod方程微分：
d 0nn1 d
dT
dT
ddw vwdvdv
dT dT v2 dT vdT
1 dv
v dT
d 0nn
dT
d n
dT
10
三、表面张力与分子量的关系
在同系物中表面张力随分子量的增加而增大，而其表 面熵随分子量增加而减小，当分子量趋于无穷大时，表面 张力和表面熵都趋于一个定值。
11
0
1
T Tc
9
用来描述表面张力和温度的关系的方程很多，但应用
最广泛的是MacLeod方程：
0 n 对于小分子液体n=4， 高分子体系n=3.0～4.4
0
P
n
M
P为等张比容（parachor）与分 子量有关
7
[1] R. H. Dettre, R. E. Johnson Jr. J. Colloid Interface Sci., 1969, 31, 568
直链烷烃的标准偏差在0.05dyn/cm的数量级内，而全氟 代烷、PIB、PDMS、PS等的标准偏差在0.2dyn/cm的数量级 内。
13
[1] D. G. LeGrand, G.L. Gaines Jr. J. Colloid Interface Sci., 1969, 31, 162
[2] D. G. LeGrand, G.L. Gaines Jr. J. Colloid Interface Sci., 1973, 42, 181
14
1978年S.Wu用简单格子模型推导出了上式，给这一经验 公式加上了理论基础。
如果用r、e分别表示聚合物重复单元和端基的表面张力， 可以得到：
r efe
fe为端基所占表面积的分数,由简单格子模型得：
2
fe M22mm1p 3
M为分子量、m为重复单元的式量、p为端基式量与重复单
聚合物的MacLeod指数
Polymer
Polychloroprene Poly(methyl methacrylate) Poly(n-butyl methacrylate) Polystyrene Poly(vinyl acetate) Poly(ethylene oxide) Polyisobutylene Polypropylene Polyethylene,linear Polyethylene,branched Poly(dimethylsiloxane)
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二、表面张力与温度的关系
温度是决定一个体系表面张力的重要因素，温度对表 面张力的影响比较复杂，对于绝大多数小分子体系，表面 张力随温度升高而线性下降，对于大多数高分子体系也有 同样的变化规律，但下降幅度要小于小分子体系，温度系 数－d/dT一般在0.1dyn/cm.K左右[1～3]，而高分子体系一 般为0.05～0.08dyn/cm.K[4～6]。因为－d/dT相当于表面熵， 长链分子的构型限制使高分子的－d/dT值较小。
化规律也完全不同于本体性质，例如正烷烃、全氟烷烃、聚甲 基苯乙烯、聚异丁二烯等的表面张力与分子量的倒数呈很好的 线性关系，人们通过对同系物的表面张力进行深入地研究总结 出一个表面张力与分子量的经验关系式[1，2]：
ke
2
Mn3
可以用这个经验公式来定量地描述聚合物的表面张力随 分子量的变化，虽然对于某个具体聚合物会有些偏差。
Fox等人对同系物的本体性质做了大量研究，得出本 体性质与分子量有下述关系[1～4]：
XB
XB
kB Mn
Tg、Cp、比体积、热膨胀系数、折射率、抗张强度 等本体性质与分子量都存在这样的关系。
11
参考文献： [1]T. G. Fox and P. J. Flory,
J. Polym. Sci., 1954, 14, 315 [2] T. G. Fox and P. J. Flory,
[5] S. Wu
J. Polym. Sci., 1971, C34, 19
[6] R. J. Roe
J. Phys. Chem., 1968, 72, 2013
5
表面张力随温度升高而线性下降的聚合物
6
全氟代烷体系的表面张力与温度的关系很好地符合二
次方程[1]。对于高分子体系，表面张力与温度的关系偏离 线性关系的情况很多，人们建立起了很多适用于不同体系 的方程，例如：
第四章 二元高分子共混体系的界面
一、表面张力 二、界面张力 三、聚合物之间的粘合
1
对于不相容或部分相容体系，一般具有多相结构，各 相之间有一个比较稳定的界面相，这个界面相在各相间起 到一个桥梁和纽带的作用，它的许多性质完全不同与本体 相，而且，共混体系的许多性质和性能取决于界面相的性 质或性能。例如，共混体系的力学性能很大程度上由界面 相决定。因此聚合物共混体系的界面性质研究是多相高分 子材料领域十分重要的研究课题。
4
[1] S. Wu
J. Macromol. Sci., 1974, C10, 1
[2] E. A. Guggenheim
J. Chem. Phys., 1945, 13, 253
[3] L. Reidel
Chem. Ing. Tech., 1955, 27, 209
[4] S. Wu
J. Colloid Interface Sci., 1969, 31,153
2
第一节 表面张力
一、表面张力和表面自由能
（1）表面自由能：在一定条件下（如给定T、P）增加 单位表面积所引起体系自由能的变化。
（2）表面张力：在一定条件下（如给定T、P）增加单 位表面长度所需要的力。
表面自由能和表面张力越大，体系越趋向于减小表面积。 如果表面自由能的单位为erg/cm2，表面张力的单位为 dyn/cm，则表面自由能和表面张力的数值是一样的。
J. Appl. Phys., 1959, 21, 581 [3] T. G. Fox and S. Loshaek,
J. Polym. Sci., 1955, 15, 371 [4]R. Boyer,
Rubber Chem. Technol., 1963, 36, 1303
12
表面性质与本体性质有很大差别，表面张力随分子量的变
MacL.2
4.4
3.4
3.0
4.1
3.2
3.2
3.3
3.5
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将MacLeod方程微分：
d 0nn1 d
dT
dT
ddw vwdvdv
dT dT v2 dT vdT
1 dv
v dT
d 0nn
dT
d n
dT
10
三、表面张力与分子量的关系
在同系物中表面张力随分子量的增加而增大，而其表 面熵随分子量增加而减小，当分子量趋于无穷大时，表面 张力和表面熵都趋于一个定值。
11
0
1
T Tc
9
用来描述表面张力和温度的关系的方程很多，但应用
最广泛的是MacLeod方程：
0 n 对于小分子液体n=4， 高分子体系n=3.0～4.4
0
P
n
M
P为等张比容（parachor）与分 子量有关
7
[1] R. H. Dettre, R. E. Johnson Jr. J. Colloid Interface Sci., 1969, 31, 568
直链烷烃的标准偏差在0.05dyn/cm的数量级内，而全氟 代烷、PIB、PDMS、PS等的标准偏差在0.2dyn/cm的数量级 内。
13
[1] D. G. LeGrand, G.L. Gaines Jr. J. Colloid Interface Sci., 1969, 31, 162
[2] D. G. LeGrand, G.L. Gaines Jr. J. Colloid Interface Sci., 1973, 42, 181
14
1978年S.Wu用简单格子模型推导出了上式，给这一经验 公式加上了理论基础。
如果用r、e分别表示聚合物重复单元和端基的表面张力， 可以得到：
r efe
fe为端基所占表面积的分数,由简单格子模型得：
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fe M22mm1p 3
M为分子量、m为重复单元的式量、p为端基式量与重复单