《塑料配混技术》 项目3改性塑料粒料制备 单元3-7共混改性原理 LNDUSTRY LEGE DON 广东轻工职业技术学院高分子教研室
项目3 改性塑料粒料制备 单元3-7 共混改性原理 《塑料配混技术》 广东轻工职业技术学院高分子教研室
GDT 痣东轾工钱草技术常院 CUANCDONG INDUSTRY TECHNICAL COLLECE 项目3 化学改性塑料粒料的配制 学习目标 最终能力目标：完成PP/PA6共混改性塑料粒料的制备 促成目标： >共混物料相容剂的选择能力 >共混物料配方制定能力 >共混造粒设备选用及工艺参数设定能力 >共混造粒设备操作能力 >资料检索和自学拓展能力 >团队合作与沟通能力
项目3 化学改性塑料粒料的配制 • 学习目标 最终能力目标：完成PP/PA6共混改性塑料粒料的制备 促成目标： ➢ 共混物料相容剂的选择能力 ➢ 共混物料配方制定能力 ➢ 共混造粒设备选用及工艺参数设定能力 ➢ 共混造粒设备操作能力 ➢ 资料检索和自学拓展能力 ➢ 团队合作与沟通能力
痣东在工战草技术常院 CUANCDONG INDUSTRY TECHNICAL COLLECE ·单元3-7共混改性原理 聚合物共混是指将两种或两种以上的聚合物材料以及助剂在 一9 定工艺条件下进行机械掺混，形成一种力学、热学、光学及其它 性能得到改进的均匀的聚合物体系，这种混合过程称为聚合物的共 混改性，所得到的新的聚合物体系称为聚合物共混物。聚合物共混 物（或共混改性）通常都是以一种聚合物为基体，掺混另一种或多种 小组分的聚合物，以后者改性前者。当前，聚合物共混改性己成为 高分子材料科学及工程中最活跃的领域之一，已被广泛用于塑料、 橡胶工业中
聚合物共混是指将两种或两种以上的聚合物材料以及助剂在 一定工艺条件下进行机械掺混，形成一种力学、热学、光学及其它 性能得到改进的均匀的聚合物体系，这种混合过程称为聚合物的共 混改性，所得到的新的聚合物体系称为聚合物共混物。聚合物共混 物(或共混改性)通常都是以一种聚合物为基体，掺混另一种或多种 小组分的聚合物，以后者改性前者。当前，聚合物共混改性已成为 高分子材料科学及工程中最活跃的领域之一，已被广泛用于塑料、 橡胶工业中。 • 单元3-7共混改性原理
GDT 痣东轻工战草技术常院 CUANCDONG INDUSTRY TECHNICAL COLLECE 聚合物共混物是一个多组分体系，在此多组分聚合物体系 中，各组分始终以自身聚合物的形式存在。在显微镜下观察 可以发现其具有类似金属合金的相结构（即宏观不分离，微观 非均相结构)，故聚合物共混物通常又称聚合物合金或高分子 合金。正如金属合金具有单一金属无法比拟的优异性能一样， 聚合物合金也同样具有单一聚合物难以具备的优异性能。 聚合物共混体系类型有多种，常见的有塑料与塑料的共混、 塑料与橡胶的共混、橡胶与橡胶的共混、橡胶与塑料的共混 等四种类型。前两种是塑性材料称为塑料共混物，常被称为 高分子合金或塑料合金；后两种是弹性材料，称为橡胶共混 物，在橡胶工业中多称为并用胶
聚合物共混物是一个多组分体系，在此多组分聚合物体系 中，各组分始终以自身聚合物的形式存在。在显微镜下观察 可以发现其具有类似金属合金的相结构(即宏观不分离，微观 非均相结构)，故聚合物共混物通常又称聚合物合金或高分子 合金。正如金属合金具有单一金属无法比拟的优异性能一样， 聚合物合金也同样具有单一聚合物难以具备的优异性能。 聚合物共混体系类型有多种，常见的有塑料与塑料的共混、 塑料与橡胶的共混、橡胶与橡胶的共混、橡胶与塑料的共混 等四种类型。前两种是塑性材料称为塑料共混物，常被称为 高分子合金或塑料合金；后两种是弹性材料，称为橡胶共混 物，在橡胶工业中多称为并用胶
痣东轾工就草技术常院 GUANCDONG INDUSTRY TECHNICAL COLLECE 聚合物共混改性的目的 综合均衡各聚合物组分的性能以改善材料的综合性能 例如：将聚丙烯与聚乙烯共混，制得的共混物克服了聚丙烯冲击强度低、 耐应力和开裂性能差的缺点，保持了聚丙烯较高的拉伸强度、抗压强度 和聚乙烯的高冲击强度的优点。 ■将量小的一聚合物作为另一聚合物的改性剂，以获得显著的改性效果 例如：在硬质聚氯乙烯中加入10%~20%的丁腈橡胶或氯化聚乙烯或 EVA等，可使硬质聚氯乙烯的冲击强度大幅度提高 ■改善聚合物的加工性能 难熔融、难溶解的聚酰亚胺与少量的熔融流动性良好的聚苯硫醚共混后 即可很容易地实现注射成型 ■制备具有特殊性能的聚合物材料 ■降低成本
广东轻工职业技术学院高分子教研室 5 一 聚合物共混改性的目的 ◼ 综合均衡各聚合物组分的性能以改善材料的综合性能 例如：将聚丙烯与聚乙烯共混，制得的共混物克服了聚丙烯冲击强度低、 耐应力和开裂性能差的缺点，保持了聚丙烯较高的拉伸强度、抗压强度 和聚乙烯的高冲击强度的优点。 ◼将量小的一聚合物作为另一聚合物的改性剂，以获得显著的改性效果 例如：在硬质聚氯乙烯中加入10％~20％的丁腈橡胶或氯化聚乙烯或 EVA等，可使硬质聚氯乙烯的冲击强度大幅度提高 ◼ 改善聚合物的加工性能 难熔融、难溶解的聚酰亚胺与少量的熔融流动性良好的聚苯硫醚共混后 即可很容易地实现注射成型 ◼ 制备具有特殊性能的聚合物材料 ◼ 降低成本
T 痣东在工就草技术常院 GUANCDONG INDUSTRY TECHNICAL COLLECE 二相容性的概念 相容性是指共混物各组分彼此相互容纳，形成宏观均匀材料的能力。 相容性好，共混物稳定；反之，两种聚合物之间则可能发生相分离，性能较差。 不同种类聚合物共混时可能出现三种形态：即完全相容、部分相容和不相容。 完全相容，其共混物形成均相体系，具有单一的Tg。部分相容的聚合物，其共 混物为两相体系，两个Tg,且两个Tg峰较每一种聚合物自身的Tg峰更为接近。 A (a) (b) (c 图4-1以T.表征共混物相容性的示意图 单二聚合物 --共混物 在聚合物共混体系中，最具应用价值的体系是聚合物间“部分相容”的两相体系
广东轻工职业技术学院高分子教研室 6 二 相容性的概念 相容性是指共混物各组分彼此相互容纳，形成宏观均匀材料的能力。 相容性好，共混物稳定；反之，两种聚合物之间则可能发生相分离，性能较差。 不同种类聚合物共混时可能出现三种形态：即完全相容、部分相容和不相容。 完全相容，其共混物形成均相体系，具有单一的Tg。部分相容的聚合物，其共 混物为两相体系，两个Tg，且两个Tg峰较每一种聚合物自身的Tg峰更为接近。 图4-1以Tg表征共混物相容性的示意图 —— 单一聚合物 ------- 共混物 在聚合物共混体系中，最具应用价值的体系是聚合物间“部分相容”的两相体系
GDITC 痣东轾工钱草技术常院 GUANCDONG INDUSTRY TECHNICAL COLLECE 三共混体系聚合物的选择原则 1.化学结构相似原则 如PA6与PA66的分子链中都含有一C0一NH一，一NH,一，故有较好的相容性。 2.极性相近原则 共混体系中组分间的极性越接近，相容性越好。 3.溶解度参数相近原则 聚合物相容规律为|δ1一δ2|<0.5。但该原则仅适用于非极性组分体系。 4.黏度相近原则 组成共混体系的各聚合物组分的黏度越接近，越能混合均匀，且不易离析。 5.表面张力相近原则 两界面表面张力接近，可使两种聚合物共混时保持两相间的浸润和良好接触。 6.分子扩散动力学原则 两种聚合物大分子具有相近的活动性，则两种大分子的链段就以相近的速度相 互扩散，形成模糊的界面层，界面层厚度越宽，共混物的性能越优异
1.化学结构相似原则 如PA6与PA66的分子链中都含有—CO—NH—，—NH2—，故有较好的相容性。 2.极性相近原则 共混体系中组分间的极性越接近，相容性越好。 3.溶解度参数相近原则 聚合物相容规律为│δ1—δ2│＜0.5。但该原则仅适用于非极性组分体系。 4.黏度相近原则 组成共混体系的各聚合物组分的黏度越接近，越能混合均匀，且不易离析。 5.表面张力相近原则 两界面表面张力接近，可使两种聚合物共混时保持两相间的浸润和良好接触。 6.分子扩散动力学原则 两种聚合物大分子具有相近的活动性，则两种大分子的链段就以相近的速度相 互扩散，形成模糊的界面层，界面层厚度越宽，共混物的性能越优异。 三 共混体系聚合物的选择原则
痣东轾工就草技术常院 GUANCDONG INDUSTRY TECHNICAL COLLECE 四制备共混改性聚合物的方法 1机械共混法 根据混合或混炼设备和共混操作条件的不同，可分为干粉共混和熔融共混。 ()干粉共混法 将两种或两种以上不同品种聚合物粉末加以混合，混合后的共混物仍为粉料。 干粉共混的同时，可加入必要的各种助剂（如增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂 、填充剂等)。干粉混合分散效果较差，常作为融熔共混的初混过程。 (2)熔融共混法 将聚合物各组分在软化或熔融状态下（即粘流流温度以上）用各种混炼设备加以 混合，获得混合分散均匀的共混物熔体，经冷却、粉碎或粒化的方法。为增加 共混效果，有时先进行干粉混合，作为熔融共混法中的初混合。熔融共混法由 于共混物料处在熔融状态下，各种聚合物分子之间的扩散和对流较为强烈，共 混合效果明显高于其它方法。尤其在混炼设备的强剪切力的作用下，有时会导 致一部分聚合物分子降解并生成接枝或嵌段共聚物，可促进聚合物分子之间的 相容
四 制备共混改性聚合物的方法 1 机械共混法 根据混合或混炼设备和共混操作条件的不同，可分为干粉共混和熔融共混。 (1) 干粉共混法 将两种或两种以上不同品种聚合物粉末加以混合，混合后的共混物仍为粉料。 干粉共混的同时，可加入必要的各种助剂(如增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂 、填充剂等)。干粉混合分散效果较差，常作为融熔共混的初混过程。 (2) 熔融共混法 将聚合物各组分在软化或熔融状态下(即粘流流温度以上)用各种混炼设备加以 混合，获得混合分散均匀的共混物熔体，经冷却、粉碎或粒化的方法。为增加 共混效果，有时先进行干粉混合，作为熔融共混法中的初混合。熔融共混法由 于共混物料处在熔融状态下，各种聚合物分子之间的扩散和对流较为强烈，共 混合效果明显高于其它方法。尤其在混炼设备的强剪切力的作用下，有时会导 致一部分聚合物分子降解并生成接枝或嵌段共聚物，可促进聚合物分子之间的 相容
GD 痣东轻工战常技术常院 GUANCDONG INDUSTRY TECHNICAL COLLECE 2化学共混法 1.共聚一共混法 此法有接枝共聚一共混与嵌段共聚共混之分，其中以接枝共聚 一共混法更为重要。接枝共聚—共混法的操作过程是在常规聚合设备 中将一种聚合物溶于另一聚合物的单体中，然后使单体聚合，即得到 共混物。所得的聚合物共混体系包含着两种均聚物及一种聚合物为骨 架接枝上另一聚合物的接枝共聚物。由于接枝共聚物促进了两种均聚 物的相容性，所得的共混物的相区尺寸较小，制品性能较优。近年来 此法应用发展很快，广泛用来生产橡胶增韧塑料，如高抗冲聚苯乙烯 (HPS)、ABS塑料、MBS(甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯共聚-共混物) 塑料等。 2.IPN法 由已交联的第一个聚合物网络，溶胀于第二种单体中并进行“就地 聚合”而形成第二个网络，典型的例子有聚丙烯酸乙酯/聚苯乙烯及聚 丙烯酸乙酯/聚氨酯等。凭借PN技术使两种聚合物相互贯穿，两者之 间可良好分散，相界面较大，有很好的协同作用，显示出比普通塑料 合金更优异的特性，发展前景广阔。该法近年来发展很快
2 化学共混法 1. 共聚—共混法 此法有接枝共聚—共混与嵌段共聚—共混之分，其中以接枝共聚 —共混法更为重要。接枝共聚—共混法的操作过程是在常规聚合设备 中将一种聚合物溶于另一聚合物的单体中，然后使单体聚合，即得到 共混物。所得的聚合物共混体系包含着两种均聚物及一种聚合物为骨 架接枝上另一聚合物的接枝共聚物。由于接枝共聚物促进了两种均聚 物的相容性，所得的共混物的相区尺寸较小，制品性能较优。近年来 此法应用发展很快，广泛用来生产橡胶增韧塑料，如高抗冲聚苯乙烯 (HIPS)、ABS塑料、MBS(甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯共聚-共混物) 塑料等。 2. IPN法 由已交联的第一个聚合物网络，溶胀于第二种单体中并进行“就地 聚合”而形成第二个网络，典型的例子有聚丙烯酸乙酯/聚苯乙烯及聚 丙烯酸乙酯/聚氨酯等。凭借IPN技术使两种聚合物相互贯穿，两者之 间可良好分散，相界面较大，有很好的协同作用，显示出比普通塑料 合金更优异的特性，发展前景广阔。该法近年来发展很快
T 痣东在工战草技术常院 GUANCDONG INDUSTRY TECHNICAL COLLECE 五聚合物共混物的物理性能 1.透气性和可渗性 聚合物的透气性和可渗性具有很大的实用意义，例如在薄膜包装、提纯、分离、海 水淡化及医学方面的应用。这往往需要聚合物薄膜具有较好的力学强度、透过作用 的高度选择性和较大的透过速度等。单一的聚合物一般难于满足多方面的综合要求 常需借助于共混方法来制得综合性能优异的共混物薄膜。一般而言，连续相对共混 物的透气性起主导作用。例如用三醋酸纤维素与二醋酸纤维素共混制成适于海水淡 化的隔膜，聚乙烯吡咯烷酮与聚氨酯共混制得高性能的渗析膜等。 2.共混物的电性能 共混物的电性能主要决定于连续相的电性能。例如，聚苯乙烯/聚氧化乙烯，当聚 苯乙烯为连续相时，共混物的电性能接近于聚苯乙烯的电性能。 3.光学性能 由于复相结构的特点，大多数共混物是不透明的或半透明的。改善共混物透明性的 方法有：减小分散相颗粒尺寸，但分散相颗粒太小时常使韧性下降；最好的办法是 选择折射率相近的组分。若两组分折射率相等，则不论形态结构如何，共混物总是 透明的。 4.共混物的热性能 共混物的热性能包括热容、热传导、热膨胀、耐热性和熔化等。主要取决于所选用 的聚合物组分及助剂。如采用增塑剂增韧的聚合物，会因增塑剂的加入使体系的耐 热性下降较大；若采用共混增韧也会使耐热性有所降低，但其影响不如增塑剂明显
五 聚合物共混物的物理性能 1. 透气性和可渗性 聚合物的透气性和可渗性具有很大的实用意义，例如在薄膜包装、提纯、分离、海 水淡化及医学方面的应用。这往往需要聚合物薄膜具有较好的力学强度、透过作用 的高度选择性和较大的透过速度等。单一的聚合物一般难于满足多方面的综合要求， 常需借助于共混方法来制得综合性能优异的共混物薄膜。一般而言，连续相对共混 物的透气性起主导作用。例如用三醋酸纤维素与二醋酸纤维素共混制成适于海水淡 化的隔膜，聚乙烯吡咯烷酮与聚氨酯共混制得高性能的渗析膜等。 2. 共混物的电性能 共混物的电性能主要决定于连续相的电性能。例如，聚苯乙烯／聚氧化乙烯，当聚 苯乙烯为连续相时，共混物的电性能接近于聚苯乙烯的电性能。 3. 光学性能 由于复相结构的特点，大多数共混物是不透明的或半透明的。改善共混物透明性的 方法有：减小分散相颗粒尺寸，但分散相颗粒太小时常使韧性下降；最好的办法是 选择折射率相近的组分。若两组分折射率相等，则不论形态结构如何，共混物总是 透明的。 4. 共混物的热性能 共混物的热性能包括热容、热传导、热膨胀、耐热性和熔化等。主要取决于所选用 的聚合物组分及助剂。如采用增塑剂增韧的聚合物，会因增塑剂的加入使体系的耐 热性下降较大；若采用共混增韧也会使耐热性有所降低，但其影响不如增塑剂明显