第2章聚合物共混的基本概念1聚合物共混改性第二章2.1聚合物共混的定義2聚合物共混改性第二章2.1.1狹義與廣義的共混3聚合物共混改性第二章聚合物共混的概念

按最寬泛的聚合物共混概念，共混改性應(yīng)包括物理共混化學(xué)共混物理/化學(xué)共混4聚合物共混改性第二章物理共混（blend）就是通常意義上的“混合”，簡單的機械共混。物理/化學(xué)共混（就是通常所稱的反應(yīng)共混/共聚共混）是在物理共混的過程中兼有化學(xué)反應(yīng)，可附屬于物理共混；化學(xué)共混則包括了接枝、嵌段共聚及聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)（IPN）等，已超出通常意義上的“混合”的范疇，而應(yīng)列入聚合物化學(xué)改性的領(lǐng)域了。5聚合物共混改性第二章聚合物共混的定義

聚合物共混，是指兩種或兩種以上聚合物經(jīng)混合制成宏觀均勻物質(zhì)的過程。共混的產(chǎn)物稱為聚合物共混物。6聚合物共混改性第二章聚合物共混概念的擴展對這一聚合物共混的概念可以加以延伸，使聚合物共混的概念擴展到附屬于物理共混的物理/化學(xué)共混的范疇。更廣義的共混還包括以聚合物為基體的無機填充共混物。此外，聚合物共混的涵蓋范圍還可以進一步擴展到短纖維填充聚合物體系。7聚合物共混改性第二章2.1.2與共混相關(guān)的多元體系范疇高分子合金復(fù)合材料雜化材料8聚合物共混改性第二章高分子合金的概念聚合物共混改性的研究是受到冶金行業(yè)中合金制造的啟示而發(fā)展起來的，但高分子合金的概念并不等同于聚合物共混物。高分子合金是指含多種組分的聚合物均相或多相體系，包括聚合物共混物和嵌段、接枝共聚物。高分子合金材料通常應(yīng)具有較高的力學(xué)性能，可用作工程塑料。9聚合物共混改性第二章復(fù)合材料復(fù)合材料是由兩個或兩個以上獨立的物理相組成的固體產(chǎn)物，其組成包括基體和增強材料兩部分。增強材料：粒狀、纖維狀、片狀按基體不同劃分：聚合物基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料無機非金屬基復(fù)合材料（陶瓷基復(fù)合材料）10聚合物共混改性第二章聚合物基復(fù)合材料連續(xù)纖維（長纖維）短纖維11聚合物共混改性第二章雜化材料（hybrid）

定義：兩種以上不同種類的有機、無機、金屬材料，在原子、分子水平上雜化，產(chǎn)生具有新型原子、分子集合結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，含有這種結(jié)構(gòu)要素的物質(zhì)稱為雜化材料。12聚合物共混改性第二章雜化材料的基本特征不同種類的材料在原子、分子水平上雜化（復(fù)合），產(chǎn)生具有新型原子、分子集合結(jié)構(gòu)的材料。雜化材料是將不同組元在納米尺寸和分子水平上進行組合的工程化領(lǐng)域。13聚合物共混改性第二章2.2共混改性的主要方法物理共混化學(xué)共混物理/化學(xué)共混14聚合物共混改性第二章按共混時物料的狀態(tài)分為：熔融共混溶液共混乳液共混等。15聚合物共混改性第二章1．熔融共混熔融共混是將聚合物組分加熱到熔融狀態(tài)后進行共混。應(yīng)用極為廣泛的一種共混方法。在工業(yè)上，熔融共混是采用密煉機、開煉機、擠出機等加工機械進行的，是一種機械共混的方法。通常所說的機械共混，主要就是指熔融共混。熔融共混是最具工業(yè)應(yīng)用價值的共混方法。16聚合物共混改性第二章熔融共混過程示意造粒粉碎粉狀共混料粒狀共混料直接成型為部件聚合物Ⅰ聚合物Ⅱ初混熔融共混17聚合物共混改性第二章熔融共混法的優(yōu)點原料準備操作簡單。熔融時，擴散對流作用激化，強剪切分散作用，相疇較小。強剪切及熱的作用下，產(chǎn)生一定數(shù)量的接枝或嵌段共聚物，促進體系相容性。18聚合物共混改性第二章選擇熔融共混時，應(yīng)注意易熔聚合物，若溫度過高，設(shè)備制造困難。各組分熔融溫度和熱分解溫度相近。熔體粘度相近。彈性模量值懸殊不大，否則會受力不均，剪切力主要集中在彈性模量高的組分上。初混、增加混煉次數(shù)有利。但應(yīng)注意降解。19聚合物共混改性第二章2．溶液共混

與熔融共混不同，溶液共混主要應(yīng)用于基礎(chǔ)研究領(lǐng)域。溶液共混是將聚合物組分溶于溶劑后，進行共混。該方法具有簡便易行、用料量少等特點，特別適合于在實驗室中進行的某些基礎(chǔ)研究工作。在實驗室研究中，通常是將經(jīng)溶液共混的物料澆鑄成薄膜，測定其形態(tài)和性能。20聚合物共混改性第二章3．乳液共混

乳液共混是將兩種或兩種以上的聚合物乳液進行共混的方法。如果共混產(chǎn)品可以以乳液的形式應(yīng)用（如用作乳液型涂料或粘合劑），則可以考慮采用乳液共混的方法。21聚合物共混改性第二章4、釜內(nèi)共混釜內(nèi)共混又稱為釜內(nèi)合金化，是將兩種或兩種以上的聚合物單體在一個聚合釜中完成其聚合過程，在聚合的同時也完成了共混。得到的是共混產(chǎn)物，省去了共混工藝。22聚合物共混改性第二章2.3組分含量的表示方法1質(zhì)量份數(shù)2質(zhì)量分數(shù)3體積分數(shù)23聚合物共混改性第二章質(zhì)量份數(shù)以主體聚合物的質(zhì)量為100份，其他組分的含量相對于主體聚合物的質(zhì)量份數(shù)表示。工業(yè)配方：例：型材（硬制品）PVC樹脂100有機錫1-1.5丙烯酸酯彈性體15鈦白粉6-8CaCO38-15潤滑體系及其他3-524聚合物共混改性第二章質(zhì)量分數(shù)以共混組分的質(zhì)量分數(shù)來表征組分含量，是科研論文中要求使用的方法。優(yōu)點是可以反映出某一組分在體系中所占的比例。以白色母料為例：載體樹脂LDPE20%

顏料TiO270%

分散劑PEWax10%

25聚合物共混改性第二章體積分數(shù)——共混研究中重要的表征方法當(dāng)共混組分的密度相差較大時，如果用質(zhì)量分數(shù)，不適宜。應(yīng)考慮采用體積分數(shù)。

26聚合物共混改性第二章2.4關(guān)于共混物形態(tài)的基本概念聚合物共混物的形態(tài)是聚合物共混改性研究的一個重要內(nèi)容。這是因為：共混物的形態(tài)與共混物的性能有密切關(guān)系共混物的形態(tài)又受到共混工藝條件和共混物組分配方的影響于是，共混物的形態(tài)研究就成了研究共混工藝條件和共混物組分配方與共混物性能的關(guān)系的重要的中間環(huán)節(jié)。27聚合物共混改性第二章共混工藝條件、配方共混物形態(tài)共混物性能28聚合物共混改性第二章

2.4.1共混物形態(tài)的三種基本類型

共混物的形態(tài)多種多樣，可分為“兩大體系三種基本類型”：①均相體系；②非均相體系“海-島結(jié)構(gòu)”，為一種兩相體系，且一相為連續(xù)相，一相為分散相。單相連續(xù)體系。“海-海結(jié)構(gòu)”，也是兩相體系，但兩相皆為連續(xù)相，相互貫穿。兩相連續(xù)體系。29聚合物共混改性第二章示意圖30聚合物共混改性第二章在聚合物共混物的不同形態(tài)結(jié)構(gòu)中，兩相體系（特別是以熔融共混法制備的“海-島結(jié)構(gòu)”兩相體系）比均相體系更具重要性。這首先是因為均相體系與兩相體系在數(shù)量上的差異。研究結(jié)果表明，能夠形成均相體系的聚合物對是很少的，只發(fā)現(xiàn)了100多種。而能夠形成兩相體系的聚合物對卻要多得多。這樣，研究和應(yīng)用兩相體系就比均相體系有更多的選擇余地。31聚合物共混改性第二章更重要的是，均相體系共混物的性能往往介于各組分單獨存在時的性能之間；而兩相體系共混物的性能，則有可能超出（甚至是大大超出）各組分單獨存在時的性能。就總體而言，兩相體系的實際應(yīng)用價值大大高于均相體系。因此，兩相體系在研究與應(yīng)用中就比均相體系受到了更多的關(guān)注與重視。32聚合物共混改性第二章2.4.2聚合物共混物的形態(tài)學(xué)要素分散相和連續(xù)相的確定分散相的分散狀況兩相體系的形貌相界面33聚合物共混改性第二章分散相和連續(xù)相的確定首先要了解：哪種聚合物是連續(xù)相，哪種聚合物是分散相。這對決定共混物的性能十分重要。34聚合物共混改性第二章

連續(xù)相體現(xiàn)共混物的基本性能，尤其是力學(xué)性能。如：模量彈性強度等塑料是連續(xù)相，共混物類似塑料；橡膠是連續(xù)相，共混物類似橡膠。分散相對：內(nèi)耗生熱抗沖性能氣體擴散傳熱滲透粘著光學(xué)性能等有重要影響。35聚合物共混改性第二章例：BR/PS體系140℃，高溫混煉。PS為連續(xù)相。硬度高、?%低、壓縮模量、回彈性低。常溫反煉(70～100℃)，BR為連續(xù)相。硬度低、回彈性高、?%大、壓縮模量小。36聚合物共混改性第二章分散相的分散狀況總體均勻性分散度分散相顆粒的粒徑分布。37聚合物共混改性第二章總體均勻性總體均勻性是指分散相顆粒在連續(xù)相中分布均勻程度，亦即分散相濃度的起伏大小。用通俗的話說，是指混得勻不勻。總體均勻性可借助于數(shù)理統(tǒng)計的方法進行定量表征。38聚合物共混改性第二章分散度分散度是指“海-島結(jié)構(gòu)”兩相體系中分散相物料的破碎程度，用通俗的話說，就是指打得散不散。可以用分散相顆粒的平均粒徑和粒徑分布來表征。打得碎，粒徑小，就說分散程度高；打得不碎，粒徑大，分散不好。39聚合物共混改性第二章分散相顆粒的粒徑分布40聚合物共混改性第二章兩相體系的形貌分散相顆粒的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)（包藏結(jié)構(gòu)）分散相顆粒的聚結(jié)狀態(tài)、取向狀態(tài)等41聚合物共混改性第二章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。由于共混物中分散相的粒徑很小，通常在微米的數(shù)量級，因而使共混物這一分散體系具有膠體的某些特征，譬如具有巨大的比表面積。共混物的相界面的大小，可以用分散相顆粒的比表面積來表征。42聚合物共混改性第二章共混物相界面的形態(tài)相界面的兩種基本類型(a)不相容、相容性小。Ⅰ-Ⅱ之間無過渡層。（b）有一定相容性。Ⅰ-Ⅱ之間有過渡層。43聚合物共混改性第二章2.4.3分散相的平均粒徑和粒徑分布與性能的關(guān)系相對于所要求的性能，有最佳粒徑范圍。如：粒徑過大會對力學(xué)性能不利粒徑過小會被銀紋淹沒，不能起到增韌作用如：阻隔性能：片狀形貌優(yōu)于球狀形貌要研究：針對性能要求確定最佳粒徑及形貌；掌握影響粒徑及形貌的因素44聚合物共混改性第二章2.4.4共混物“均相”的判定在聚合物共混中形成的均相體系，顯然不同于小分子混合時所可能達到的均相體系。已有的研究結(jié)果表明，在高分子領(lǐng)域，即使是在均聚物中，亦會有非均相結(jié)構(gòu)存在。在結(jié)晶聚合物中有晶區(qū)與非晶區(qū)的差別。對于聚合物共混物，更無法實現(xiàn)絕對的“均相”。因此，只能為聚合物共混物的均相體系確定一個較為現(xiàn)實的判定標(biāo)準。45聚合物共混改性第二章均相的判定在大多數(shù)情況下，可以用玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）作為判定的標(biāo)準。均相體系：兩種聚合物共混后，形成的共混物具有單一的Tg；兩相體系：兩種聚合物共混后，形成的共混物具有兩個Tg。46聚合物共混改性第二章2.4.5兩相體系概念的擴展連續(xù)相（基體）分散相接枝或嵌段共聚物視為一相，另一聚合物視為另一相。結(jié)晶聚合物存在晶區(qū)與非晶區(qū)三種以上聚合物：一個連續(xù)相，多個不同組分的分散相47聚合物共混改性第二章2.5關(guān)于相容性的基本概念

（1）相容性（compatibility）相容性（compatibility），是指共混物各組分彼此相互容納，形成宏觀均勻材料的能力。不同的聚合物對之間，這種相互容納的能力差別很大，可按相容的程度劃分為三個等級：完全相容部分相容不相容48聚合物共混改性第二章2.5.1熱力學(xué)相容性熱力學(xué)相容性，亦可稱為互溶性或溶解性（solubility）滿足熱力學(xué)相容條件，達到分子程度混合能滿足上述條件的共混體系很少49聚合物共混改性第二章

2.5.2溶混性（miscibility）具有溶混性的共混物，是指可形成均相體系的共混物。其判據(jù)為共混物具有單一的Tg。溶混性這一概念，在共混改性研究中，特別是均相共混體系的研究中，是一個被普遍接受的概念。可以看出，溶混性的概念相當(dāng)于前述相容性概念中的完全形容。50聚合物共混改性第二章2.5.3廣義的相容性(compatibility)相容性（compatibility），是指共混物各組分彼此相互容納，形成宏觀均勻材料的能力。不同的聚合物對之間，這種相互容納的能力差別很大，可按相容的程度劃分為三個等級：完全相容部分相容不相容51聚合物共混改性第二章（a）完全相容：混合前，兩種聚合物分別有自己的Tg；共混后，形成的共混物只有一個Tg；（b）部分相容：共混后，形成的共混物仍有兩個Tg，與混合前相比，兩個Tg相互靠近了；（c）不相容：共混后仍是兩個Tg，且其位置與混合前基本相同。52聚合物共混改性第二章相容性的判據(jù)完全相容的聚合物共混體系，其共混物可形成均相體系。形成均相體系的判據(jù)可作為聚合物對完全相容的判據(jù)。如果兩種聚合物共混后，形成的共混物具有單一的Tg，就可以認為該共混物為均相體系。相應(yīng)地，如果某聚合物對形成的共混物具有單一的Tg，則亦可認為該聚合物對是完全相容的。53聚合物共混改性第二章部分相容的判定部分相容的聚合物，其共混物為兩相體系。聚合物對部分相容的判據(jù)，是兩種聚合物的共混物具有兩個Tg，且兩個Tg峰較每一種聚合物自身的Tg峰更為接近。54聚合物共混改性第二章“部分相容”是一個很寬泛的概念，它在兩相體系的范疇之內(nèi)，涵蓋了不同程度的相容性。對部分相容體系（兩相體系），相容性的優(yōu)劣具體體現(xiàn)在界面結(jié)合的牢固程度、實施共混的難易，以及共混組分的分散度和均一性等諸多方面。55聚合物共混改性第二章相容化（compatibilisation）良好的相容性，是聚合物共混物獲得良好性能的一個重要前提。然而，在實際應(yīng)用中，許多聚合物對的相容性卻并不理想，難以達到通過共混來對聚合物進行改性所需的相容性。于是，就需要采取一些措施來改善聚合物對之間的相容性。這就是相容化。56聚合物共混改性第二章概念間的關(guān)系57聚合物共混改性第二章

聚合物共混物的