聚合物的填充改性
高分子改性复习题及答案
简答题：接枝共聚反应的原理是什么？答：接枝共聚反应首先要形成活性接枝点，各种聚合机理的引发剂或催化剂都能为接枝共聚提供活性种，而后产生接枝点。
活性点处于链的末端，后才形成接枝共聚物。
1、从嵌段共聚物的角度来说，热塑性弹性体的组成是什么？各组成的作用是什么？答：热塑性弹性体是由大量的软嵌段和少量的硬嵌段组成的两相嵌段共聚物。
软硬两种嵌段各有各的用处，软嵌段提供柔韧的弹性，而硬嵌段则提供物理交联点和起填料的功能。
2、反应挤出过程对工艺条件的要求是什么？答：①高效率的混合功能：②高效率的脱挥功能③高效率的向外排热功能④合理的停留时间⑤强输送能力和强剪切功能1、什么是热力学相容性和工艺相容性？为什么说工艺相容性比热力学相容性应用更普遍？答：热力学相容性是指两种聚合物在热和比例时都能形成稳定的均相体系的能力，即指聚合物在分子尺寸上相容，形成均相共混体系。
工艺相容性是指由于聚合物的分子质量很高，黏度特别大，靠机械力场将两种混合物强制分散混合后，各项的自动析出或凝聚的现象也很难产生，故仍可长期处于动力学稳定状态，并可获得综合性能良好的共混体系。
因为工艺相容性仅仅是一个工艺上比较的概念，期含义是指两种材料共混对分散的难易程度，和所得的共混物的动力学稳定性，对于聚合物而言，相容性有两方面含义：一是可以混合均匀的程度，二是混合的聚合物分子间作用力，若分子间的作用力越相近，则越容易分散均匀，分散性越好。
2、影响聚合物共混的结构形态因素是什么？简述如何影响。
答：①两相组成的配比：在“海-岛”结构两相体系共混物中，确定哪一相为连续相，哪一相为分散相具有重要意义，可计算理论临界含量。
小于26%为分散相，大于74%为连续相。
②熔体黏度：黏度低的一相倾向于生成连续相，黏度高的一项倾向于生成分散相。
③黏度与配比的综合影响④粘度比、剪切应力及界面的综合影响：当分散相与之连续相黏度相等时，分散相粒径d达到一个最小值，当界面张力降低时，分散相颗粒粒径d变小，当剪切应力增大时，分散相粒径降低。
聚合物材料的改性与应用
聚合物材料的改性与应用聚合物材料作为一类重要的材料，具有广泛的应用前景。
为了满足不同领域的需求，人们经过不断地研究与改良，开发出了许多改性方法以及相关的应用技术。
本文将介绍一些聚合物材料的改性方法，并探讨它们在不同领域中的应用。
一、改性方法1. 添加填料填料可以提高聚合物材料的性能，比如增加强度、改进耐热性、改善导电性等。
常见的填料包括纳米颗粒、纤维素、碳纤维等。
添加填料的改性方法可以通过挤出、共混等工艺实现。
2. 合金化改性聚合物可以通过与其他合适的材料进行合金化，改变聚合物的性质。
比如与金属合金化可以增加强度和刚度，与陶瓷合金化可以提高耐磨性和耐热性等。
3. 化学改性化学改性是通过引入功能基团或进行聚合反应来改变聚合物的特性。
比如，通过交联反应可以提高聚合物的热稳定性和耐化学性；通过接枝反应可以增加聚合物的附着力和耐老化性。
4. 表面修饰表面修饰可以通过改变聚合物材料的表面性质来得到所需的性能。
比如，通过等离子体处理可以增加聚合物的亲水性和粘附性；通过涂层技术可以提高聚合物的耐磨性和耐腐蚀性等。
二、应用领域1. 包装材料聚合物材料的优良特性使其成为广泛应用于包装领域的理想选择。
通过改性可以提高聚合物材料的耐撕裂性、耐渗透性、耐撞击性等，在食品包装、药品包装、电子产品包装等领域发挥重要作用。
2. 汽车工业改性后的聚合物材料在汽车工业中有着广泛的应用。
例如，通过纳米填料的添加可以显著提高塑料汽车零部件的强度和耐磨性，降低重量，提高燃油效率。
3. 医药领域聚合物材料在医药领域的应用也日益广泛。
通过改性可以提高聚合物的生物相容性、机械性能和药物释放性能等。
例如，改性后的聚合物可以用于制备人工骨骼、医疗器械和药物缓释系统等。
4. 纳米技术聚合物材料与纳米技术结合可以产生许多独特的性能和应用。
通过纳米颗粒的引入，可以改善聚合物的力学性能、导电性能和光学性能等。
这些改性后的聚合物材料在电子学、光电子学和纳米生物技术等领域有着广泛的应用。
聚合物改性总结
零、绪论聚合物改性的定义：通过物理和机械方法在高分子聚合物中加入无机或有机物质，或将不同类高分子聚合物共混，或用化学方法实现高聚物的共聚、接枝、嵌段、交联，或将上述方法联用，以达到使材料的成本下降，成型加工性能或最终使用性能得到改善，或使材料仅在表面以及电、磁、光、热、声、燃烧等方面赋予独特功能等效果，统称为聚合物改性。
聚合物改性的目的：所谓的聚合物改性，突出在一个改字。
改就是要扬长补短，要发扬和保留聚合物原有的优势，抑制和克服聚合物原有的缺点，并根据实际需要赋予聚合物新的性能。
聚合物改性的三个主要目的：①克服聚合物原有的缺点，赋予聚合物某些高新的性能与功能②改善聚合物的加工工艺性能③降低材料的生产成本总之，聚合物改性就是要在聚合物的使用性能、加工性能与生产成本三者之间寻求一个最佳的平衡点。
聚合物改性的意义：1.新品种的开发越来越困难（已开发的品种数以万计，工业化的三百余种。
资源限制、开发费用、环境污染）2.使用性能的多样化、复杂化，要求材料有多种性能及功能，单一聚合物难以实现。
3.聚合物改性科学应运而生——获取新性能聚合物的简洁而有效的方法。
聚合物改性的主要方法：共混改性；填充改性；纤维增强复合材料；化学改性；表面改性聚合物改性发展概况几个重要的里程碑事件：1942年，采用机械熔融共混法将NBR掺和于PVC之中，制成了分散均匀的共混物。
这是第一个实现了工业化生产的聚合物共混物。
1948年，HIPS1948年，机械共混法ABS问世，聚合物共混工艺获得重大进展。
二者可称为高分子合金系统研究开发的起点。
1942年，制成了苯乙烯和丁二烯的互穿聚合物网络（IPN），商品名为“Styralloy”,首先使用了聚合物合金这一名称。
1960年，建立了IPN的概念，开始了一类新型聚合物共混物的发展。
IPN已成为共混与复合领域一个独立的重要分支。
1965年，Kato研究成功OsO4电镜染色技术，使得可用透射电镜直接观察到共混物的形态，这一实验技术大大促进了聚合物改性科学理论和实践的发展，堪称聚合物发展史上重要的里程碑。
聚合物改性复习题
1、聚合物改性的定义，改性的方法。
答：聚合物改性：通过各种化学的、物理的或二者结合的方法改变聚合物的结构，从而获得具有所希望的新的性能和用途的改性聚合物的过程。
主要方法：共混改性、填充改性、复合材料、化学改性、表面改性。
共混改性指两种或两种以上的聚合物经混合制成宏观均匀的过程。
填充改性指人们在聚合物中添加填充剂有时只是为了降低成本，但也有很多时候是为了改善聚合物的性能。
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。
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。
表面改性：改善工件表面层的机械、物理或化学性能的处理方法。
2、化学改性（改变分子链结构）和物理改性（高次结构）的本质区别。
答：第二章：基本观点：1、共混物与合金的区别。
答：高分子合金不能简单等同于聚合物共混物，高分子合金是指含多种组分的聚合物均相或多相体系，包括聚合物共混物、嵌段和接枝共聚物，而且一般言，高分子合金具有较高的力学性能。
2、共混改性的分类（熔融、乳液、溶液和釜内）答：按照共混时物料的形态：熔融共混：机械共混的方法，最具工业价值，是共混改性的重点。
溶液共混：用于基础研究领域，工业上用于涂料和黏合剂的制备。
乳液共混：共混产品以乳液的形式应用。
斧内共混：是两种或两种以上聚合物单体同在一个反应釜中完成其聚合过程，在聚合的同时也完成了共混。
3、共混物形态研究的重要性。
答：共混物的形态与共混物的性能密切相关，而共混物的形态又受到共混工艺条件和共混物组分配方的影响，所以，共混物的形态研究就成了研究共混工艺条件和共混组分分配与共混物性能的关系的重要中间环节。
4、共混物形态的三种基本类型——均相体系、非均相体系（海岛结构、海海结构）答：一是均相体系。
二是非均相体系（两相体系）：包括“海-岛结构”------连续相+分散相。
“海-海结构”------两相均连续，相互贯穿。
5、相容性对共混物形态结构的影响。
03第三章 填充改性
若以力线密度形象地表示材料各 处应力强度的分布，力线密度越 大的位置的应力强度也越大，通 过填料的力要比通过塑料的力多， 因此填料的位置上应力集中。 填料的模量较大，因此填料的两 极应力集中。
（在橡胶增韧改性中，在橡胶球的赤道面上应力集中。）
F f
F
总的结果：σ＝E·ε＝σp＋σf ＝Ep·εp· p＋Ef·εf· f V V ∵εp＝εf＝ε ∴E＝Ep· p＋Ef· f V V
二、拉伸强度和断裂伸长率
1、ε
b
在有粘合的情况下（存在界面键）：
εb(填)/εb(未)＝1－(V2
)1/2
ε（填） b ε（未） b
从上式和上图可以看出，粘合对断裂伸长率 不利，断开时，在有粘合的情况下，不是界 面断开，而是在塑料的基体处脱开，这样形 成的空穴大，应力集中严重、断裂加快。
2、σ
b
表面物理化学特性：
**表面张力－
高能表面（表面张力大于100dyn· s/cm） 低能表面（表面张力小于100dyn· s/cm） **表面与聚合物成键能力－共价键、极性吸附。 考察填料微粒形状的二个基准是：
粒度（直径）及粒度分布；
比表面积：表面积/重量（m2/g）
粒度：过筛：目数――孔数/in2。 如40～60目的填料，表明是可通过40目筛而不通 过60目的填料。 粒度分布：各个不同筛间的分布。 如上述40～60目的填料的粒度分布可以有多种分 布形式。
金属粉末 其他无机物
铜粉、青铜粉、铝、锌、铅、钢粉、不锈钢粉等 石膏（CaSO4）、BaSO4、 BaSO3、MoS2、 SiC、石墨等
B、工业废渣
红 泥（铝冶炼厂副产物） 硼 泥（硼砂Na3BO3副产物） 白 泥（造纸厂副产物） 粉煤灰（发电厂副产物）
几种填料对PP的改性
几种填料对PP的改性目前原料价格的上涨，促使塑料改性的迅速发展。
在提高或保障塑料性能的前提下，通常在塑料中添加一些无机材料或其它材料，降低塑料制品的生产成本。
下面介绍几种主要填料及对PP改性效果。
塑料加工界曾经认为，在保持材料性能的前提下，加入无机填料可以降低成本。
虽然无机填料比聚合物便宜很多，但也重很多，而塑料制品是以体积为单位来交易的。
下面分析在什么条件下，按体积衡量的填充聚合物材料成本才会降低。
要使单位体积填充聚合物材料的价格小于单位体积纯聚合物的价格，则需满足P*ρ≤P1*ρ1（1）其中P、P1分别为填充聚合物、聚合物基体的价格（万元/吨）；而ρ、ρ1分别为填充聚合物、聚合物基体的密度（ton/ m3）填充聚合物材料的密度ρ为1/ρ=(1- w2)/ρ1+ w2/ρ2（2）其中ρ2为无机填料的密度（ton/ m3），w2为填料加量（%）将式（2）代入式（1）整理得P/ P1≤1-(ρ2-ρ1)/ρ2*w2（3）如填充聚合物材料的价格P表示为P= P1*(1- w2)+ P2*w2+Δ（4）其中P2为无机填料的价格（万元/吨），Δ为加工费用（万元/吨）将式（4）代入式（3）整理得P2 / P1≤ρ1 / ρ2 -Δ/ (P1*w2)（5）只有满足式（5）条件下，按体积衡量的填充聚合物材料成本才降低。
如对于聚烯烃来说P1取1（万元/吨），ρ1取1（ton/ m3）；一般无机填料如二氧化硅、滑石粉、重质碳酸钙ρ2取2.5（ton/ m3）；填充量w2取0.3；加工费用Δ取0.1（万元/吨），则由式（3）可得填充聚烯烃的价格P最高为P≤(1-(ρ2-ρ1)/ρ2*w2) *P1= (1-(2.5-1)/2.5*0.3) *1=0.82（万元/吨）根据式（5）无机填料的价格P2最高为P2 ≤(ρ1 / ρ2 -Δ/ (P1*w2))*P1=(1/2.5-0.1/(1*0.3))*1=1/15（万元/吨）若对于尼龙来说P1取2（万元/吨），ρ1取1.13（ton/ m3）；高岭土ρ2取2.6（ton/ m3）；填充量w2取0.3；加工费用Δ取0.1（万元/吨），则由式（3）可得高岭土填充尼龙的价格P最高为P≤(1-(ρ2-ρ1)/ρ2*w2) *P1=(1-(2.6-1.13)/2.6*0.3) *2=1.6（万元/吨）根据式（5）高岭土填料的价格P2最高为P2 ≤(ρ1 / ρ2 -Δ/ (P1*w2) )*P1=(1.13/2.6-0.1/(2*0.3))*2=0.5（万元/吨）非金属矿物填料的作用和性能（1）非金属矿物填料的作用无机非金属矿物填料的主要作用是增量、增强和赋予功能。
聚合物共混改性填充改性
聚合物共混改性原理
填充及增强改性的意义
填料不仅具有降低聚合物材料的成本的作用，更重要 的是改善聚合物的某些性能，甚至赋予聚合物材料某 些特殊功能，从而拓展聚合物的应用领域。同时，某 些填料的应用使聚合物材料的环保性增强。
聚合物共混改性原理
填充增强改性的重要性
➢ 它是获得具有独特功能新型高分子化合物最便宜的途径。 ➢ 它是在保证使用性能要求的前提下降低塑料制品成本最有效
聚合物共混改性原理
用途
1) 增量，降低成本。 2) 提高制品的耐热性，例如在聚丙烯中添加40％的CaCO3，其
热变形温度可提高20℃左右。 3) 改进塑料的散光性，起到遮光或消光的作用。 4) 改善塑料制品的电镀性能或印刷性能。 5) 减少制品尺寸收缩率，提高尺寸稳定性。
聚合物共混改性原理
二﹑硅酸盐
聚合物共混改性原理
填料的性质
一﹑填料的几何形态
部分矿物颗粒的几何形状与尺寸对比特征
聚合物共混改性原理
对于片状填料，表征其几何形态的重要参数是径厚比，即片状颗粒的 平均直径与厚度之比。
对于纤维状填料，往往采用长径比的概念，即纤维状颗粒的长度与平 均直径之比。
粒径是表征填料颗粒粗细程度的主要参数。一般来说填料的颗粒粒径 越小，假如它能分散均匀，则填充材料的力学性能越好，但同时颗粒 的粒径越小，要实现其均匀分散就越困难，需要更多的助剂和更好的 加工设备，而且颗粒越细所需要的加工费用越高，因此要根据使用需 要选择适当粒径的填料。
硫酸钡能吸收X射线和γ射线，可用于防护高能辐射的塑料材料。由于其 密度高，适用于要求高密度的填充塑料材料，如音响材料、鱼网网坠等， 此外由于硫酸钡粒子球形度高，填充硫酸钡的塑料的表面光泽要优于使 用同等份数的其它无机矿物填料的填充塑料。
聚 合 物 改 性
聚合物改性聚合物定义:聚合物即高分子化合物,所谓的高分子化合物,就是指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在一万以上的化合物。
聚合物改性通过物理与机械的方法在聚合物中加入无机或有机物质,或将不同种类聚合物共混,或用化学方法实现聚合物的共聚、接枝、交联,或将上述方法联用、并用,以达到使材料的成本下降、成型加工性能或最终使用性能得到改善,或在电、磁、光、热、声、燃烧等方面被赋予独特功能等效果,统称为聚合物改性。
聚合物改性的方法总体上分为: 物理方法化学方法表面细分:共混改性、填充改性、纤维增强复合材料化学改性、表面改性、共混改性:两种或者两种以上聚合物经混合制备宏观均匀材料的过程。
可分为物理、化学共混。
填充改性:向聚合物中加入适量的填充材料(如无机粉体或者纤维),以使制品的某些性能得到改善,或降低原材料成本的改性技术。
纤维增强复合材料又称聚合物基复合材料,就就是以有机聚合物为基体,纤维类增强材料为增强剂的复合材料。
化学改性:在改性过程中聚合物大分子链的主链、支链、侧链以及大分子链之间发生化学反应的一种改性方法。
原理:主要靠大分子主链或支链或侧基的变化实现改性。
改性手段有:嵌段、接枝、交联、互穿网络等特点:改性效果耐久,但难度大,成本高,可操作性小,其一般在树脂合成厂完成,在高分子材料加工工厂应用不多。
表面改性:就是指其改性只发生在聚合物材料制品的表层而未深入到内部的一类改性。
特点:性能变化不均匀种类:表面化学氧化处理,表面电晕处理,表面热处理,表面接枝聚合,等离子体表面改性等适应于只要求外观性能而内部性能不重要或不需要的应用场合,常见的有:表面光泽,硬度,耐磨、防静电等的改性。
接枝反应:以含极性基团的取代基,按自由基反应的规律与聚合物作用,生成接枝链,从而改变高聚物的极性,或引入可反应的官能团。
官能团反应:可以发生在聚合物与低分子化合物之间,也可发生在聚合物与聚合物之间。
可以就是聚合物侧基官能团的反应,也可以就是聚合物端基的反应接枝共聚改性对聚合物进行接枝,在大分子链上引入适当的支链或功能性侧基,所形成的产物称作接枝共聚物。
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and easy to control 3. Stable conductivity
4. Excellent dispersability 5. Colorability for the white and
填充改性的基本原理 填料的种类与特性 填料的表面处理 填充聚合物的改性效果 填充聚合物的制备与加工
第一节 填充改性的Байду номын сангаас本原理
一、填料的作用
1、增量 2、增强 3、赋予功能（P37表2－1）
导电塑料---过电流保护元件
蓄冷器
二、填料的性质
1、填料的几何形态特征 2、粒径 3、表面形态与性质 4、物理性质
/ww/i_ e/29865/amtec_e/amtec_e.html
2、钛酸钾晶须（Potassium Titanete Whisker）
TISMO
刹车片
(1)高模量；（2）高耐热；（3）高耐磨； （4）低线胀系数
DENTALL (Advanced Conductive Materials )
导电机理
导电机理 （1）导电通道(conductive path)； （2）隧道效应(tunnel-effection) ； （3）场致发射(field-emission)
六、有机物 1、木粉 (wood-plastics composite) 缩写为“WPC”
2、淀粉
生物降解农用地膜 降解薄膜制品 生物降解片材
（4）其它助剂 增塑剂；增韧剂；稳定剂；分散剂；润滑 剂；抗氧剂；光稳定剂；着色剂等。
2、填充聚合物的形态 （1）按相的连续性特征划分
（2）填料流动取向对填充聚合物宏观结构形 态的影响
3、填料－聚合物界面的形成 两个阶段：
（1）接触及浸润阶段； （2）聚合物的固化过程。 结果：由于填料及聚合物的表面组成总是
与其本体有所不同； 在填料与聚合物之间必然要形成一个 新的界面区。
第二节 填料的种类与特性
一、碳酸盐 1、重质碳酸钙（重钙） 2、轻质碳酸钙（轻钙）
二、硅酸盐
1、滑石粉 （含水硅酸镁） 稍带层片状结构
对提高刚性，HDT较有效 尤适用于PP
2、云母粉（主要成分：硅铝酸钾） 径厚比大
增强效果优异 对提高刚性，HDT 较大大优于滑石粉 抗翹曲变形形好
Non-toxic & Non-Halogen Flame Retardants
问题1：高聚物的燃烧机理？
问题2：氢氧化镁、氢氧化铝的阻燃机理？
联系问题1：归纳一下高聚物的燃烧的 三要素是什么？（氧、热、可燃性物质）
问题3：氢氧化镁、氢氧化铝在应用于阻燃时 有何异同？
五、单质 1、石墨（生产导电、抗静电制品、导热材料） 2、金属粉（生产导电、导热、电磁屏蔽制品） 3、炭黑（生产导电、抗静电制品）
transparent types
第三节 填充剂的表面处理
一、填料表面处理的作用机理
1、表面物理作用（填料表面与处理剂的结合是分子间作用力 ）
（1）表面涂覆（也称包覆和涂层） 利用无机物或有机 物（主要是表面活性剂，水溶性或油溶性高分子化合物及 脂肪酸皂等）对填料表面进行包覆以达到改性的方法。 （2）表面吸附 使填料表面以物理力形式结合上一层表 面处理剂，但两者之间有较强的物理吸附作用。 2、表面化学作用（填料表面是通过产生化学反应而与处理剂相 结合 ） 通过表面改性剂与颗粒表面进行化学反应或化学吸附（包 括表面取代、水解、聚合和接枝等）的方式完成。
（1）密度；（2）吸油值；（3）硬度； （4）颜色与光学特性；（5）热性能； （6）电性能；（7）磁性能 5、热化学效应
目数，就是孔数，就是每英寸 长度上孔的数目。目数越大， 孔径越小。
微米，作为估算，目数×孔径 （微米数）≈15000。比如， 400目的筛网的孔径为38微 米左右；500目的筛网的孔 径是30微米左右。
农用可降解育秧钵
生物降解 淀粉基系 列产品
七、晶须
1、氧化锌晶须（Tetra pod shape Zinc Oxide Whiskers)(Single Crystal)
characteristics
Low-shrinkage and high-fluidity of this material enables superior precision molding
3、硅灰石粉（硅酸钙组成） 典型的针状结构
4、玻璃微珠 空心玻璃微珠（漂珠）
三、硫酸盐 1、硫酸钡（对X射线有很高的反射率） 2、硫酸钙 四、氧化物与氢氧化物 1、二氧化硅（白炭黑）（橡胶补强性填料、涂料） 2、氢氧化铝（阻燃填料）(trihydroxide,
hydrated alumina, aluminium hydroxide 3、氢氧化镁（阻燃填料）
炭黑(carbon black)－－其体积电阻率 (volume resistivity)为10-1～103Ω·ｃ ｍ
炭黑的元素组成及晶体结构类似于石墨 (graphite)
炭黑颗粒具有高结构性－枝状结构
经混炼、加工成型后，炭黑以粒子形式分 散于塑料中，随着炭黑添加量的增加，粒 子间距降低，当接近或呈接触状态后，形 成大量导电网络通道，使得材料的体积电 阻和表面电阻降低，导电性能提高。
第二章 聚合物的填充改性
填充改性 填充剂（填料）
聚合物的填充改性，是指在聚合物基 体中添加与基体组成及结构不同的固 体（加工温度下不熔融）添加物，以 降低成本，或是使聚合物制品的性能 有明显改变（ 或在稍稍削弱某些方 面性能的同时，使人们所希望的另一 些方面的性能得到明显提高）
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
Holds stable and high-level antistatic capacity and conductivity
High dimensional stability and accuracy is provided by the anisotropy-damping effect of moldings
孔径
指相邻的两根平行的丝内侧之 间的距离，计算公式如下： 孔径（mm）=25.4（mm） ÷目数-丝径（mm）
三、填充聚合物的界面
1、填充聚合物的构成 （1）聚合物基体（综合性能、粘接性、工艺性）
（有效办法：考虑复合聚合物基体） （2）填料（堆砌系数很重要）
最大密 堆积
最小密 堆积
（3）偶联剂或表面处理剂