byProf.Dr.QiangFu(傅強教授)Sept.17,2006聚合物共混復合改性原理

AnintroductiontoPolymerBlends&CompositesReferences聚合物共混復合改性原理（自編教材）聚合物共混改性(輕工業出版社，1996,吳培熙、張流城編)聚合物共混物(科學出版社，2004,殷敬華等譯)現代高分子物理學(中國科學院研究生教學叢書，科學出版社，2001,殷敬華莫志深主編)PolymerBlends(JohnWiley&Sons,2000,D.R.PaulandC.B.Bucknall)

共混改性工程塑料（化工出版社，2003，鄧如生主編……WhatarepolymersPolymers

areeverywhereMolecularweightismorethan10,000uptoseveralmillionartificialfibers(纖維),plastics(塑料),elastomers(彈性體)Indailylife,industry,agriculture,construction,airspace,electronic,terrorfighting,etc一些常見的高分子材料高分子尼龍粉末有機玻璃聚丙烯高分子人造血管聚四氟乙烯聚乙烯PVC管材塑料泡沫歷史回顧1839年：美國人goodyear天然橡膠硫化1855年：硝化纖維素和樟腦制賽璐珞塑料（英國人Parks)1883年：法國人（deGardonnet）人造絲1920年：Staudinger長鏈結構高分子20世紀20~40年代：高分子化學、尼龍、氯丁、丁苯、橡膠、PVC、PS20世紀40~50年代：高分子物理——結晶學、橡膠彈性理論、構象統計高分子加工——各種加工方法、加工成型理論20世紀60~80年代：共混改性、填充復合制備新材料20世紀90年代/21世紀:形態控制與納米復合Staudinger

“Iaminclinedtothinkthatthedevelopmentofpolymerizationis,perhaps,thebiggestthingchemistryhasdone,whereithashadthebiggesteffectoneverydaylife.Theworldwouldbeatotallydifferentplacewithoutartificialfibers(纖維),plastics(塑料),elastomers

(彈性體),etc.Eveninthefieldofelectronics,whatwouldyoudowithoutinsulation?Andthereyoucomebacktopolymersagain.”LordTodd,presidentoftheRoyalSocietyofLondon,quotedinChem.Eng.News

1980,

58(40),29,inanswertothequestion,Whatdoyouthinkhasbeenchemistry’sbiggestcontributiontoscience,tosociety?Whyarepolymersimportant?Whyarepolymersimportant?Theproductionofpolymersistheworld’ssecondlargestindustry,andtheuseoftheseproductsbyeachindividualexceedsthatofallothermaterialsDoyouknowhowmanythingsinacararemadefromthermoplastics?PolymersRelatedtoBiomaterialsHumanRepair:Humanrepairinthefuturewillbedoneeitherwithspeciallydesignedsyntheticmaterials(rightside)orwithmaterialsthatwillmediatetheregenerationoftissues(leftside)Artificialdiscinahumanspinalcolumn:

PolymersRelatedtoInformationTechnologyColordegradationandnarrowviewinganglewithoutnegativecompensationfilmsHighcontrastratioandwideviewinganglewithnegativecompensationfilmsLCDafterusingpolymeropticalcompensationfilms:Polymerlightemittingdiodes:RedYellowBluePolymersRelatedtoTerrorFighting防彈衣

我國近四十年乙烯和三大合成材料產量及生產能力的發展情況(萬噸/年)產品產量/萬噸2000年生產能力1960年1970年1980年1990年2000年乙烯0.071.5148.99157.21470.00446.32合成樹脂5.417.7789.80227.001096.701072.00合成纖維0.033.6231.41143.43639.85709.85合成橡膠0.362.54412.3031.8488.8498.9080萬噸乙烯工程投資210億四川彭州2004年我國主要石油化工產品市場規模及世界排位單位：萬噸產品名稱消費量世界排位世界合計中國合計所占比例，％原油加工量374000.029182.77.803乙烯9600.01648.017.172五大通用合成樹脂13384.62952.722.062五大工程塑料461.9110.023.811合成橡膠1111.8248.722.371合成纖維2852.81556.354.5512004年我國主要石化產品供求概況單位：萬t產品名稱產量進口量出口量表觀（當量）消費量產量/表觀消費量，%乙烯626.606.762.231648.0038.05丙烯623.4021.330.001113.6455.98芳烴669.88269.786.76932.9071.81合成樹脂1791.002131.00108.703813.3046.96合成橡膠147.80109.508.50248.759.40合成纖維1424.54178.3546.551556.3091.53

2010年我國主要石化產品供需預測單位：萬t產品名稱項目2003年2005年2010年乙烯產量611.77775.001560.00當量需求量1540.001850.002550.00自給率，%39.7241.8961.17芳烴（BTX）產量607.70650.00910.00當量需求量842.05960.001450.00自給率，%72.1767.7062.75五大通用合成樹脂產量1500.671800.002350.00需求量2740.133400.005000.00自給率，%54.7652.9451.08合成纖維產量1069.201500.002400.00需求量1329.981700.002700.00自給率，%80.3988.2388.88合成橡膠產量127.20140.00190.00需求量218.59250.00340.00自給率，%58.1956.0055.88我國近年來五大通用工程塑料消費量(萬噸)年份1999200020012002200320042005PA6.78.31213.816.1119.824PC13.016.421.33648.366276POM8.39.6210.81315.8418.521.5PBT/PET5.67.279.611.5mPPO0.90.93.54.5共計32.539.45070.289.98113.4137.52004年我國工程塑料消費結構:電子電器25％，汽車22％，機械20％，日用消費品10％，其他23％。PolymerAlloysHomopolymer+copolymerPolymermaterialsHomopolymerCopolymerAlternatingcopolymerRandomcopolymerBlockcopolymerGraftcopolymerPolymerblendPhysicalblendMechanicalandmeltblendSolvent-castblendLatexblendPolymercomplexChemicalblendSolutiongraft,HIPS,ABSInterpenetratingpolymernetwork(IPN)Polymer-basedcompositeBinarysystemHomopolymer+homopolymerCopolymer+copolymerPolymerAlloys形態控制PolymerBlending&Processing制品與模具材料選擇與改性材料成型加工形態與結構表征破壞與壽命預測制品設計共混改性復合改性化學反應模具設計化學反應成型工藝成型設備成型技術成型理論在線表征離線表征復雜結構制品性能應用評價壽命預測度身定制材料設計現代材料科學材料的組成、結構和性能關系的研究材料的組成、制備、結構、加工和性能的研究強調制備和加工的作用高分子材料的最終結構和性能比其他材料更強烈依賴于制備和加工過程不同加工柔軟薄膜模量為0.5-2GPa中空容器模量為200GPa，比強度為鋼7倍的高模量纖維聚乙烯建立高分子材料制備加工新技術新原理：高分子材料高性能化的重要途徑Fig-8:ThecomparisonofcrystalstructureofLLDPEobtainedviaSEMa)staticsamplesandb)dynamicsamples(shearlayer)abFig-9:AFMphotographsofthestaticsampletakenatdifferentzoneofPP/LLDPE(50/50)a)skinb)center聚合物共混物是指兩種或兩種以上均聚物或共聚物的混合物，聚合物共混物各組分之間主要是物理結合，對于反應性共混，不同聚合物大分子之間可能存在一定的化學鍵。

高分子復合材料可分為：高分子/無機復合材料高分子/有機復合材料，聚合物納米復合材料是一類十分重要的新型材料，

納米復合材料是指材料兩相顯微結構中至少有一相的一維尺寸達到納米級尺寸（1－100nm）的復合材料基本概念

聚合物共混物和復合材料的特點在于它不僅能保持原組分的性能，還可通過共混與復合產生具有不同于原組分的新性能。目前全世界合成樹脂的產量已達1.6億噸，其中一半以上是先制備成聚合物共混物和復合材料后再加工成相應的制品。聚合物共混物和復合材料的制備涉及高分子化學、高分子物理、高分子加工、機械制造和自動控制等多種學科，體現了高分子材料科學技術發展的綜合水平。聚合物共混熱力學熱力學是聚合物共混改性的理論基礎。當兩個聚合物A和B混合在一起時，在給定條件下，其平衡態（分相時的相和界面性質）由熱力學確定亞穩態是指聚合物共混在達到平衡狀態之前，因動力學的原因或局部能量低處于暫時穩定的狀態△G=△H-T△SInpracticalcasedispersionphase(Metastablephase)IdealequilibriumtwomacroscopicphasesConcentrationofPolymerSinglePhaseSinglePhasePhaseSeparation共混