共混改性理論7.ppt

1、第5章 共混物的相容熱力學(xué)和相界面,應(yīng)用化學(xué)系高分子教研室,主要授課內(nèi)容,5.3 共混物的相界面 5.4 相容劑,5.3 共混物的相界面,共混物的相界面，是指兩相（或多相）共混體系相與相之間的交界面。 共混物兩相體系的界面形態(tài)與共混物組分之間的相容性密切相關(guān)。 相容性較好的聚合物對(duì)，其界面結(jié)合也較為牢固，可形成具有一定厚度的界面層，或稱過渡層； 相容性不好的聚合物體系，界面結(jié)合也不佳。 兩相界面特性及過渡層的存在，是兩相體系相容作用的物質(zhì)實(shí)體。界面張力是聚合物共混物界面特性的重要體現(xiàn)。,一、表面張力與界面張力的基本概念,表面與界面 兩相體系的表界面，是指從一相到另一相的過渡區(qū)域。 表界面可分為

2、 5 類：固體一氣體、液體一氣體、固體一液體、液體一液體、固體一固體。 固體一氣體、液體一氣體的交界面，習(xí)慣上稱為表面；固體一液體、液體一液體、固體一固體的交界面，則稱為界面。,2、表（界）面張力與表（界）面自由能,固體表面的分子也處于不飽和的力場(chǎng)之中，具有表面自由能。 在兩相體系的兩組分之間，具有界面自由能。 分散相組分破碎時(shí)，其比表面積增大，界面能相應(yīng)增加。 分散相粒子相互碰撞而凝聚，則可使界面能下降。 分散相組分的破碎過程是需在外力作用下進(jìn)行的，而分散相粒子的凝聚則是可以自發(fā)進(jìn)行的。也可以從界面張力的角度進(jìn)行描述：界面張力的存在，會(huì)阻止“液珠”變形，起阻礙分散相粒子變形和破碎的作用。表（

3、界）面張力和表（界）自由能都是由于表（界）面力場(chǎng)的不平衡所致，是從不同角度對(duì)體系的這一特性的描述。但是，不能將二者視為同一物理量的兩種稱謂。表（界）面張力是“力”，是向量，表（界）面自由能是“能”，是標(biāo)量。表（界）面張力與表（界）面自由能物理意義有區(qū)別，單位不同，但數(shù)值相同。,聚合物表面張力的測(cè)定,接觸角法 接觸角的大小，可反映固體與液體相互浸潤的情況。若 90 ，則表明浸潤良好，或稱固體親液；若 90 ，則表明浸潤不良，或稱固體憎液。,3、影響聚合物表面張力的因素,（1）聚合物的表面張力與溫度的關(guān)系 （2）聚合物的表面張力與聚合物物態(tài)的關(guān)系 （3）聚合物的表面張力與相對(duì)分子質(zhì)量的關(guān)系 （4）

4、聚合物表面張力與內(nèi)聚能密度及溶解度參數(shù)的關(guān)系,（1）聚合物的表面張力與溫度的關(guān)系,聚合物的表面張力與溫度的關(guān)系表面張力的本質(zhì)是分子間相互作用。 由于分子間力隨溫度升高而下降，表面張力也會(huì)隨之降低，且與溫度呈線性關(guān)系（結(jié)晶性的物質(zhì)發(fā)生結(jié)晶或熔融時(shí)，線性關(guān)系會(huì)受影響）。,（2）聚合物的表面張力與聚合物物態(tài)的關(guān)系,結(jié)晶性聚合物發(fā)生結(jié)晶或熔融時(shí)，密度會(huì)發(fā)生變化。密度變化會(huì)引起表面張力變化。 密度增大，表面張力也增大； 結(jié)晶性聚合物發(fā)生相變時(shí)，表面張力會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。 結(jié)晶體的密度高于熔體的密度，結(jié)晶體的表面張力高于熔體的表面張力。影響表面張力與溫度的線性關(guān)系。 此外，結(jié)晶聚合物也有非結(jié)晶的部分。由于

5、非結(jié)晶部分的表面張力低于結(jié)晶部分的表面張力，導(dǎo)致非結(jié)晶部分傾向于包覆在表面，以降低體系的表面能量。,（3）聚合物的表面張力與相對(duì)分子質(zhì)量的關(guān)系,聚合物的表面張力與相對(duì)分子質(zhì)量成真正相關(guān)。 聚合物的表面張力是隨溶解度參數(shù)的增大而增大的。 聚合物表面張力和內(nèi)聚能密度都與分子間相互作用力有關(guān)，因而，兩者彼此有關(guān)聯(lián)。,（4）聚合物表面張力與內(nèi)聚能密度及溶解度參數(shù)的關(guān)系,二、界面層與界面作用,1、界面層的結(jié)構(gòu),聚合物共混物的界面層（過渡層）厚度，與共混物組分的相容性有關(guān)。相容性好的，界面層也較厚。,2、界面作用理論,.聚合物兩相體系的界面作用，從總體上可分兩大類。 兩相之間有化學(xué)鍵連接，如嵌段、接枝共聚

6、物； 兩相之間沒有化學(xué)鍵連接，僅有聚合物大分子間的相互作用（如范德華力、氫鍵等），如一般機(jī)械法共混物。對(duì)于兩相之間沒有化學(xué)鍵連接的界面作用，有潤濕一接觸理論和擴(kuò)散理論。 潤濕接觸理論認(rèn)為界面結(jié)合強(qiáng)度取決于界面張力。共混物組分間的界面張力越小，界面結(jié)合強(qiáng)度越高。 擴(kuò)散理論認(rèn)為，界面結(jié)合強(qiáng)度取決于相容性。相容性越好，界面結(jié)合強(qiáng)度越高。 相容性好的聚合物體系，界面張力也小。,3、界面張力、界面層厚度與相容性的關(guān)系,界面張力和界面層厚度與聚合物相容性的關(guān)系： 溶解度參數(shù)接近的體系，相容性較好，界面張力較低，界面層厚度也較厚。 界面張力還與聚合物共混過程密切相關(guān)。在共混過程中，聚合物熔體之間的界面張力是

7、一個(gè)很重要的影響因素。,4、相界面的效應(yīng),力的傳遞效應(yīng) 光學(xué)效應(yīng) 誘導(dǎo)效應(yīng),（1）力的傳遞效應(yīng),在共混材料受到外力作用時(shí)，相界面可以起到力的傳遞效應(yīng)。 為實(shí)現(xiàn)力的傳遞，要求兩相之間具有良好的界面結(jié)合。,（2）光學(xué)效應(yīng),利用兩相體系相界面的光學(xué)效應(yīng)，可以制備具有特殊光學(xué)性能的材料。譬如，將 PS 與 PMMA 共混，可以制備具有珍珠光澤的材料。,（3）誘導(dǎo)效應(yīng),相界面還具有誘導(dǎo)效應(yīng)，譬如誘導(dǎo)結(jié)晶。在某些以結(jié)晶高聚物為基體的共混體系中，適當(dāng)?shù)姆稚⑾嘟M分可以通過界面效應(yīng)產(chǎn)生誘導(dǎo)結(jié)晶的作用。通過誘導(dǎo)結(jié)晶，可形成微小的晶體，避免形成大的球晶，對(duì)提高材料的性能具有重要作用。,（4）其它效應(yīng),如聲學(xué)、電學(xué)、

8、熱學(xué)效應(yīng)，等等。,5.4 相容劑,由于相當(dāng)大一部分共混物的組成之間彼此相容性欠佳，這就使改善相容性（又稱“相容化”，或“增容”）成了許多共混體系制備中成敗的關(guān)鍵。 改善聚合物兩相體系的界面結(jié)合，提高兩相之間的相容性，對(duì)提高共混物的性能至關(guān)重要。 改善聚合物兩相界面結(jié)合的方法有多種，包括制備聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)（ IPN ）、在聚合物大分子鏈上引人特殊官能團(tuán)、進(jìn)行交聯(lián)，等等。在熔融共混中，最常采用的方法，是添加相容劑（又稱增容劑）。,一、非反應(yīng)性共聚物,A-B型 相容劑中的 A 組分與聚合物 A 相容性良好， B 組分與聚合物 B 相容性良好。A-B 型共聚物富集在兩相界面處，可改善兩相的界面結(jié)合。 A-C型 C 組分與聚合物 B 有良好的相容性