高分子材料改性- 第1章- 绚丽多彩的高分子及其改性
高分子化学改性
高分子材料改性（Modification of Polymeric Materials）（讲稿）第一讲第一章聚合物的化学改性什么是聚合物化学改性？聚合物化学反应的基本类型：聚合物与低分子化合物的反应、聚合物的相似转变、聚合物的降解与交联、聚合物大分子间的反应。
聚合物化学反应的作用：改变结构、提高性能，合成新的聚合物，扩大应用范围，在理论上研究和验证高分子的结构研究影响老化的因素和性能变化之间的关系，研究高分子的降解，有利于废聚合物的处理第一节聚合物的熔融态化学1.1 聚合物熔融态化学的研究目的与任务1.1.1 研究目的聚合物熔融态化学的研究目的是促进高分子材料行品种的开发、优化高分子材料的性能、提高材料的质量、推动新的成型加工技术的发展。
1.1.2 研究任务（1）为高分子材料的化学改性和通用聚合物的高性能化提供理论基础；（2）其次为多相复合材料界面相容性问题的解决提供思路；（3）为功能性高分子的开发提供理论基础；（4）创新高分子材料成型加工技术1.2 熔融态化学反应1.2.1 高分子化学反应的分类聚合度基本不变的反应：侧基和端基变化（相似转变）（聚合度相似转变：聚合物与低分子化合物作用，仅限于基团转变，聚合度基本不变的反应，称相似转变）聚合度变大的反应：交联、接枝、嵌段、扩链聚合度变小的反应：降解，解聚1.2.2 高分子化学反应的特点高分子官能团可以起各种化学反应，由于高分子存在链结构、聚集态结构，官能团反应具有特殊性。
1. 反应产物的不均匀性高分子链上的官能团很难全部起反应一个高分子链上就含有未反应和反应后的多种不同基团，类似共聚产物 例如聚丙烯腈水解:1.3 熔融态化学反应的应用 1.3.1 聚合度相似的化学转变 (1)聚酯酸乙烯酯的醇解 聚乙烯醇只能从聚酯酸乙烯酯的水解得到 聚乙烯醇缩醛化反应可得到重要的高分子产品(2) 以苯乙烯－二乙烯苯共聚物为母体的离子交换树脂，是芳环取代反应的典型例子CH 2 CH3CH 3OH CHSOC-SNa RCH OCH 2CH 2 CH CHOH CH CH 2 CH O 22NR 3Cl+23OH31.3.2聚合度变大的反应以交联反应为例。
高分子材料的表面改性.详解
XPS （X-ray photoelectron spectroscopy）
通过用X射线辐照样 品，激发样品表面除 H、He以外所有元素
中至少一个内能级的
光电子发射，并对产 生的光电子能量进行
分析，以研究样品表
面的元素和含量。
Ek为光电子动能；hν为激发光能量；
EB为固体中电子结合能；Φ为逸出功
电晕放电处理方式
1. 在薄膜的生产线上进行，即通常所说的热膜处理。 优点：处理效果好； 限制性：适用于处理完就使用的场合，比如马上用于印刷、涂布或复合； 2. 在薄膜的再加工线上进行，及通常所说的冷膜处理。 限制性：处理效果与薄膜存放时间有关。处理完后就应用。
3. 进行两次处理。
既在生产线上处理，又在再加工线上处理，为了保证使用前的表面质量
以等离子体存在的星系和星云
人造等离子体示例
地球上，等离子体的自然现象：如闪电、极光等； 人造等离子体，如霓虹灯、电弧等。
PbPb N Ca Na Cl
Pb
500
400
300
200
100
0
Binding Energy (eV)
XPS analysis showed that the red pigment used on the mummy wrapping was Pb3O4 rather than Fe2O3
Analysis of Carbon Fiber- Polymer Composite Material by XPS
C/O比与电流强度的关系与上述表面张力和剥离力类似，可见 LDPE表
面张力的增大和剥离力的提高与表面含氧量的增加有密切的关系。
7.2 火焰处理和热处理
● 火焰处理是用可燃性气体的热氧化焰对聚合物表面进行瞬间高
高分子材料改性技术
高分子材料的几种常用改性技术，如化学改性、共混改性、填充改性、纤维增强改性、表面改性技术。
化学改性是通过化学反应改变聚合物的物理、化学性质的方法。
如聚苯乙烯的硬链段刚性太强，可引进聚乙烯软链段，增加韧性；尼龙、聚酯等聚合物的端基(氨基、羧基、羟基等)，可用一元酸(苯甲酸或乙酸酐)、一元醇(环己醇、丁醇或苯甲醇等)进行端基封闭；由多元醇与多元酸缩聚而成的醇酸聚酯耐水性及韧性差，加入脂肪酸进行改性后可以显著提高它的耐湿性和耐水性，弹性也相应提高。
共混是指共同混合，是一种物理方法，使几种材料均匀混合，以提高材料性能的方法，工业上用炼胶机将不同橡胶或橡胶与塑料，均匀地混炼成胶料是典型的例子，也可以在聚合物中加入某些特殊性能的成分以改变聚合物的性能如导电性能等。
在塑料成型加工过程中加入无机或有机填料的过程称为填充改性。
是在塑料基体（母体）中加入模量高得多的非纤维类的材料（一般为微粒状）。
通常认为填充改性是为了降低成本而进行的，实际上很多塑料制品如果没有填充助剂的加入，很难得到符合满意的应用效果。
高分子材料的合成与改性
高分子材料的合成与改性高分子材料，作为现代科技领域的重要基础材料之一，在各个领域都具有广泛的应用前景。
其合成与改性技术是研究者们持续关注的热点之一。
本文将探讨高分子材料的合成与改性的研究进展，并讨论其在实际应用中的意义。
首先，关于高分子材料的合成方法，目前主要包括聚合法、开环聚合法和化学修饰法等几种。
聚合法是通过共价键将单体分子连接成高分子链，形成大分子聚合物。
在聚合过程中，可以选择不同的聚合方法，如自由基聚合、阴离子聚合和阳离子聚合等，从而控制聚合物的结构和性能。
开环聚合法则是通过环化反应将单体环化成高分子。
化学修饰法是在合成高分子材料的基础上，通过引入不同的官能团或发生化学反应，改变材料的性质。
这些方法各有优劣，可根据具体需求进行选择。
高分子材料的改性是为了改善材料的性能以满足特定的应用需求。
常用的改性方法主要包括添加剂改性、共混改性和界面改性等。
添加剂改性是通过向高分子材料中添加小分子化合物或其他聚合物，以改善材料的力学性能、热学性能、电学性能等。
共混改性是将两种或多种不同性质的高分子材料混合在一起，形成新的复合材料。
界面改性则是在高分子材料和其他材料接触的界面上进行修饰，使其界面的粘接性、相容性和交联性得到增强。
这些改性方法广泛应用于高分子材料的研究和工业生产中。
高分子材料的合成与改性对于材料的性能和应用具有重要意义。
它们的研究和应用可以改善材料的力学性能、热学性能、电学性能等，从而实现更广泛的应用。
例如，在航空航天领域，通过合成和改性高分子材料，可以制备轻质、高强度、高耐高温的材料，以满足飞机、航天器等的结构需求。
在电子领域，通过合成和改性高分子材料，可以制备柔性显示器材料、导电高分子材料等，促进电子技术的发展。
在医疗领域，通过合成和改性高分子材料，可以制备生物相容性材料、药物缓释系统等，用于医疗器械和药物治疗。
因此，高分子材料的合成与改性在现代科技应用中具有广泛的前景和潜力。
综上所述，高分子材料的合成与改性是当前研究的热点，并在各个领域具有重要意义。
高分子材料概论第一章
人类的文明史 = 材料的发展史
高分子及其应用
高分子（macromolecule、polymer）
由许多结构相同的单元通过共价键重复连接而 成的相对分子量很大的化合物 天然高分子 合成高分子：塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、 涂料、功能高分子等 高分子材料具有基本性质： 比重小，比强度 高，韧性、可塑性，高弹性、耐磨性，绝缘 性，耐腐蚀性，抗射线。
1936年 德国人用金属钠作为催化剂，用丁二烯合成出 丁钠橡胶和丁苯橡胶 1940年 英国人温费尔德(T.R.Whinfield,1901-1966)合成 出聚酯纤维(PET)
1940年 Peter Debye 发明了通过光散射测定高分子物 质分子量的方法 1948年 Paul Flory（弗洛里 ） 建立了高分子长链结构的 数学理论
1926年 瑞典化学家斯维德贝格等人设计出一种超离 心机，用它测量出蛋白质的分子量：证明高分子的 分子量的确是从几万到几百万。 1926年 美国化学家Waldo Semon（沃尔多• 沙门）合 成了聚氯乙烯，并于1927年实现了工业化生产 1930年 聚苯乙烯(PS)发明 1932年史道丁格(Hermann Staudinger)总结了自己的 大分子理论，出版了划时代的巨著《高分子有机化合 物》成为高分子化学作为一门新兴学科建立的标志 1935年杜邦公司基础化学研究所有机化学部的卡罗瑟 斯(Wallace H. Carothers，1896-1937)合成出聚酰胺66， 即尼龙。尼龙在1938年实现工业化生产
在高分子物理领域我国在国际上有影响的 工作是： 高分子聚合反应统计理论； 顺丁橡胶的结构和性能研究； 单链高分子的研究； 高分子链结构和凝聚态结构的研究； 切变流动下高分子体系相分离的研究等。
高分子改性材料
高分子改性材料高分子改性材料是指将高分子材料通过物理或化学方法与其他物质进行相互作用，使其性能发生明显改变的材料。
高分子改性材料在工业生产和科学研究中有着广泛的应用。
下面就高分子改性材料的种类、制备方法和应用领域进行详细介绍。
高分子改性材料主要有以下几类：共混物、复合材料、共聚物和交联物。
共混物是指将两种或多种高分子材料混合后形成的新材料，它们之间没有化学反应，只是物理上混合在一起。
复合材料是指在高分子基体中加入其他材料（如纤维、颗粒等），以增强材料的某些性能。
共聚物是指两种或多种单体在聚合过程中同时存在而共聚成的高分子材料。
交联物是指在高分子材料中引入交联结构，以提高材料的力学性能和热稳定性。
高分子改性材料的制备方法多种多样，包括物理法、化学法和辅助法。
物理法主要包括共混、溶胶凝胶、胶体稳定法等；化学法主要包括共聚、交联和化学修饰等；辅助法包括扩散法、溶胶浸渍法等。
制备方法的选择取决于所需改性效果和原材料特性。
高分子改性材料具有广泛的应用领域。
在材料工程领域，高分子改性材料可以提高材料的强度、硬度、韧性和耐磨性，延长材料的使用寿命。
同时，高分子改性材料的改性效果还可以通过调控其结构和表面性质来调整材料的电学、光学和磁学性能，使其在电子器件、光学器件和传感器等领域得到应用。
在环境保护领域，高分子改性材料的改性效果可以使废弃物得到有效利用，减少环境污染。
在医学领域，高分子改性材料可以用于制备生物材料和医用材料，如人工关节、心脏支架等，在实现人工替代器官和组织工程方面发挥重要作用。
综上所述，高分子改性材料作为一种重要的材料类别，在工业生产和科学研究中具有广泛的应用前景。
随着科技的快速发展，对高分子改性材料的需求也将不断增加，相信这将进一步推动高分子改性材料的发展和应用。
高分子改性材料
高分子改性材料
高分子改性材料是指将一种或多种高分子材料与其他物质进行物理或化学改性，以改善原材料的性能、功能和应用范围的材料。
高分子改性材料在工程领域、医学领域、环保领域等方面有着广泛的应用，对于提高材料的性能和功能起着至关重要的作用。
首先，高分子改性材料可以通过改善材料的力学性能来提高材料的强度和韧性。
例如，通过在高分子材料中添加纤维增强剂，可以显著提高材料的抗拉强度和耐冲击性能，使其在工程领域中得到更广泛的应用。
此外，还可以通过改变高分子材料的分子结构和分子量分布来调控材料的力学性能，从而满足不同领域对材料性能的需求。
其次，高分子改性材料可以通过改善材料的耐热性、耐腐蚀性和耐老化性来提
高材料的稳定性和耐用性。
例如，通过在高分子材料中引入稳定剂、抗氧化剂和光稳定剂，可以有效提高材料的耐候性和耐老化性，延长材料的使用寿命。
此外，还可以通过改变高分子材料的结晶形态和晶体结构来提高材料的耐热性和耐腐蚀性，使其在极端环境下仍能保持良好的性能。
另外，高分子改性材料还可以通过改善材料的表面性能来提高材料的附着性、
润湿性和耐磨性。
例如，通过在高分子材料表面引入亲水基团或疏水基团，可以显著改善材料的润湿性和界面相容性，提高材料的附着性和耐磨性，使其在涂料、粘接和润滑等方面得到更广泛的应用。
总的来说，高分子改性材料是一种重要的功能材料，通过改善材料的力学性能、稳定性和表面性能，可以满足不同领域对材料性能的需求，推动材料科学和工程技术的发展。
随着科学技术的不断进步，相信高分子改性材料将会在更多领域展现出其巨大的应用潜力。
高分子的合成和改性方法
高分子的合成和改性方法高分子是一种大分子化合物，由许多相同或不同的单体分子经过化学反应聚合而成。
它们主要是由碳、氢、氧、氮等元素组成的。
高分子材料具有多种性能，如可塑性，强度，耐热性，耐腐蚀性和十字链耐早期断裂等特性。
高分子合成和改性方法的发展是化学工业中的重要部分。
本文将介绍一些高分子的合成和改性方法。
一、高分子的合成方法1.自由基聚合法这是一种重要的合成方法，也是制备高分子的最常用的方法之一。
自由基聚合法有很多变化，但基本原理都是通过引发剂使单体产生自由基或离子，然后它们逐渐聚合起来，形成高分子链。
该方法可以用来制备具有不同性能和结构的聚合物，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等。
2.阴离子聚合法这种方法需要一种强碱性或强酸性催化剂，它们可以将单体分子中的阴离子引发出来，让它们逐步聚合。
该方法常用于制备聚氯乙烯、聚丙烯等。
3.阳离子聚合法这种方法也需要催化剂，但它们能够将单体中的阳离子引发出来，然后逐步聚合。
阳离子聚合法主要用于制备一些具有特殊性能的高分子。
4.环氧化合物开环聚合法这种方法要求单体具有环氧基团，环氧基团可以通过许多方法引发开环反应，然后两端的碳原子被连接起来形成高分子链。
环氧化合物开环聚合法主要用于制备聚醚和聚脲等。
二、高分子的改性方法高分子的改性方法可以改变它们的性质和用途。
以下是常见的高分子改性方法。
1.复合复合是一种将两种或两种以上材料组合在一起的方法，实现高分子材料的改性。
例如，复合聚合物可以通过混合两种不同种类的高聚物来制备，这样可以改变聚合物的特性，如耐磨性、耐火性等。
2.交联交联是将高分子链之间的架桥分子引入高分子中的化学方法，使高分子链相互交联，形成一种更加稳定的三维网络结构，从而改善其性能和性质。
交联改性法主要应用于改变高分子的强度、协调性等。
3.共混共混是指将两种或更多的高分子混合在一起，并通过一些物理或化学性质的变化来改善或改变物质的性质，例如分散性，热稳定性，防火性等。
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第一章 绪论
2、塑料的分类
热固性塑料→环氧树脂、酚醛树脂、不饱和树脂…… 热塑性塑料→可重复加工和使用的塑料
五大通用塑料→（ PE、 PP、PVC、PS、ABS）的 用量超过塑料总量的80%
工程塑料→尼龙6及66、PC、POM、PBT、 PPO ……
特种塑料→聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚 醚砜、聚醚酰亚胺、聚芳砜……
提高加工性能：提高流动性、减小成型收缩率、减少成型时间
赋予特殊功能：阻燃性、导电及电磁性、导热、电磁屏蔽性等
降低产品成本
改性后的荧光塑料
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第一章 绪论
塑料共混改性的方法及工艺
双螺杆挤出造粒法。优点：混合效率高，可对任意聚合物之间及聚合物／ 无机填料之间进行共混；缺点：混合效果不佳，很难达到分子水平的混合
1920-1958年，迅速发展，施陶丁格和卡罗瑟斯的理论贡献
1958-1973，大发展阶段，共聚、改性，开发出系列工程塑料
POM
PBT
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第一章 绪论
5、塑料产业发展近况
2012年塑料的耗费量：中国5781万吨（全球2.9亿吨）
中国是世界塑料增长最快的国家→年均7－9%
原因：中国的塑/钢比30/70，美国是70/30，德国是63/37， 世界平均水平是50/50
3、按在高分子材料成型前后进行改性分类 （1）高分子合成改性论
五、高分子材料改性的基本方法
1、共混改性 2、填充改性与纤维增强复合材料 3、化学改性：常用的手段有无规共聚、交替共聚、嵌段和 接枝共聚、交联、互穿聚合物网络等 4、表面改性 5、共挤出复合改性
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第一章 绪论
在聚合物双组分共混体系的定义及应用实例： 两种聚合物通过共混获得的共混物 嵌段或接枝共聚物 互穿网络结构的聚合物
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第一章 绪论
两种互溶的聚合物混 溶的过程 两种聚合物达到 分子水平的互溶
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第一章 绪论
两
橡胶粒子 塑料基体
塑料改性行业发展是推动塑料增长的主要动力
我国通用塑料的改性比：11%
我国工程塑料的改性比：17%
全世界平均改性比率：～20%
特种塑料的发展：PPS应用最广价格相对便宜，PEEK最
贵、LCP发展最快，价格居中
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第一章 绪论
塑料改性产业 有哪些？
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第一章 绪论
木屑+塑料=椅子?
你可以做到
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第一章 绪论
3、塑料的应用
汽车行业→零部件、装饰件、结构件…… 电子电气行业→外壳、支架、接插件、电路器件…… 建筑材料行业→型材、管片、板材…… 日常用品领域→举不胜举 道路及交通运输工具→路面材料、指示牌、列车、飞
机内饰件 国防军工及航空领域→飞机部件、枪械、弹药包装
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第一章 绪论
第一章 绪论
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第一章 绪论
二、橡胶简介
橡胶是一种在外力作用下能发生较大的形变，当外力解除后，又能 迅速恢复其原来形状的高分子弹性体。天然橡胶热黏冷脆。
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第一章 绪论
二、橡胶简介
Goodyear的偶然发现：橡胶与硫的共混交联 在固特异去世后的38年以后，为了纪念查尔斯. 固特异对美国橡胶工业做出的巨大贡献，弗兰 克.克伯林把自己创建的轮胎橡胶公司命名 为——固特异。
当前橡胶制品种类丰富，多数为共混物。 也可以与塑料共混进行增韧。
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第一章 绪论
三、纤维简介
纤维的分类：天然纤维，人造纤维，合成纤维
天然纤维人造纤维：植物纤维、动物纤维和矿物纤维三类 人造纤维：是指将天然高聚物制成的浆液高度纯净化后制成的纤维 如再生纤维素纤维、再生蛋白质纤维、再生淀粉纤维以及再生合成纤维。
合成纤维： 如聚酯纤维（涤纶）、聚酰胺纤维（锦纶或尼龙）、 聚乙烯醇纤维（维纶，人造棉花）、 聚丙烯腈纤维（腈纶，人造羊毛）、 聚丙烯纤维（丙纶）、聚氯乙烯纤维（氯纶）等。
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第一章 绪论
四、高分子材料改性的基本分类
1、按照是否发生化学反应 （1）物理改性 （2）化学改性。
2、按照整体或局部改性分类 （1）整体改性： （2）表面改性：
双辊开炼法。优点：混合时间可控制；缺点：混炼单元单一
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第一章 绪论
多相聚合物共混体系的基本特征
互溶性（Miscibility）：具有类似于所设想的单相体系行 为的两相聚合物共混物。这不意着理想的完全分子互溶， 而是达到一定程度的分子混合，足以取得单相材料的宏观 性能。
相容性（Compatibility）：说明两组分间良好的界面粘结 性、各种机械性能均衡性、两相嵌段和接枝共聚物及共混 的难易程度。
物理改性：熔融共混
包括化学反应的物理改性：如接枝，ABS树脂的制备
塑料共混改性的种类
聚合物／聚合物体系：塑料／弹性体、塑料／塑料
聚合物／纤维体系：玻纤、碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维、金属纤维等
塑料／无机粉体体系：碳酸钙、滑石粉、蒙脱土、高岭土、碳黑等
塑料共混改性可实现目标
改善物理机械性能：增强、增韧、提高耐磨性、耐热性和热稳定性
六、改性实例——以塑料类为例
为什么要对塑料进行改性？
合成塑料品种有限（常用的仅20－30种） 现有塑料性能差，无法满足日益增长的需要 使塑料获得特殊的性能
塑料物理改性的思想起源
金属合金材料对塑料共混改性的启示 合金材料的金相显微镜观察
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第一章 绪论
塑料改性的方法
化学改性：原位反应挤出、PA6/PA66原位增强材料
第一章 绪论
第一章：绪论
主讲人：于守武
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第一章 绪论
本节提纲
一、塑料简介 二、橡胶简介 三、纤维简介 四、为什么要改性 五、改性的主要方法 六、改性发展简况
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第一章 绪论
一、塑料简介
1、塑料概述
什么是塑料？ 塑料有什么特点？ 塑料是如何制造出来的？ 塑料都应用在哪里？ 塑料如何加工？ 塑料可回收再用吗？
4、塑料发展史
第一种非完全人工合成塑料： 1869，美国海厄特(J. W. Hyatt) 合成“赛璐珞”
工合成塑料雏形： 1872年德国化学家拜耳（Ａ．Ｂａｙｅｒ） 首先发现苯酚与甲醛的反应
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第一章 绪论
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第一种人工合成塑料——酚醛树脂： 1907年，贝克兰制出了真正的合成可塑性材料 —Ｂａｋｅｌｉｔｅ，它就是人们熟知的“电木”、“胶木”或酚醛树脂。