纳米无机粒子在聚合物合金中的选择性分布与迁移机理.pdf

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1、于杰，等：纳米无机粒子在聚合物合金中的选择性分布与迁移机理85纳米无机粒子在聚合物合金中的选择性分布与迁移机理术于杰·胡世军’郭建兵fn-I敏秦舒浩(1．国家复合改性聚合物材料T程技术研究中心，贵阳550014；2．贵州大学材料与冶金学院，贵阳550003)摘要概括了决定纳米无机粒子在聚合物共混物中选择性分布的有关因素，强调了聚合物对纳米无机粒子的浸润这一热力学因素和与共混过程有关的动力学因素的影响，并综述了纳米无机粒子迁移的3种可能的机理。关键词聚合物合金纳米无机粒子选择性分布迁移由于纳米无机粒子的自身结构特征及其与聚合物——组分2的表面张力；共混物组分之间相互作用的不同、

2、聚合物共混物各组分y。、yd——组分1、组分2的表面张力的色散分量；的粘度差异、纳米无机粒子对分子链的吸附等因素影y、y：——组分1、组分2的表面张力的极性分量。响，纳米无机粒子在聚合物共混物中的分布通常是不均衡界面张力的几何平均值的计算方法如下：的，存在选择性，'J。当具备一定的热力学或动力学yI2=y1+'，2—2(~／l2+、／／】2)条件时，纳米无机粒子会从聚合物共混物的某一相迁移至另当共混物组分的表面张力较大时，常用几何平均值算法-N或两相界面”J。计算共混体系的界面张力。研究纳米无机粒子的选择性分布和迁移，进而利用其控1．2影响聚合物表面张力的主要因素制聚合物共混

3、物的形态与性能并获得预期性能，已成为开发(1)温度聚合物纳米复合材料的新途径。笔者对纳米无机粒子的选聚合物的表面张力与小分子液体一样，随温度的不同择性分布和迁移机理等方面的研究成果进行了总结，以期指而不同，计算方法如下：导聚合物纳米复合材料的研究及开发。=y0(1一)“1纳米无机粒子的选择性分布机理及影响因素式中：——温度为(K)时的表面张力；1．1纳米无机粒子的选择性分布机理0——=0K时的表面张力；纳米无机粒子在聚合物共混物中的分布取决于其与聚——临界温度。合物共混物各组分相互作用的强弱，并能通过浸润系数进行得到聚合物表面张力的温度系数为：预测。根据Young’S的研究，

4、纳米无机粒子在聚合物1、聚盟一合物2的共混物中的分布位置可由浸润系数。：判断，它代dT=9(、1‘_≠71表纳米无机粒子被聚合物1、2浸润的能力0。大多数聚合物的一1000K，因此，在通常温度下，即l2=(2—一1)／l2《Y时，一d3／／dT是恒定不变的。式中：～——纳米无机粒子与聚合物1之问的界面张力；(2)密度一——纳米无机粒子与聚合物2之间的界面张力；根据Macleod’s关系式，聚合物的表面张力随密度P变，——聚合物1与聚合物2之间的界面张力。化而变化0：Y=0当(tJ，<1时，纳米无机粒子优先分布在聚合物l中；当，<一1时，纳米无机粒子优先分布在聚合物2中；当一1

5、<式中：3／。、卢是与温度无关的常量，卢为Macleod系数，对于聚<1时，纳米无机粒子优先分布在聚合物1与2的界面合物来说，通常取3．0～4．5。处。近似估计，由化学组分决定，它与Sugden’S等张比容表面张力可以分为色散部分和极性部分，即：有关，在忽略末端基效应时：7=“+。=P／M，式中：——表面张力的色散分量；式中：∑P——重复单元的等张比容；——表面张力的极性分量。——，重复单元的分子质量。通常以界面张力的调和平均值、几何平均值来表征两相等张比容是一组相加量，它与温度无关，并可查表得到。之问的界面张力：(3)分子质量界面张力的调和平均值的计算方法如下：聚合物的表面

6、张力随数均分子质量的变化而变3／l2=7l+2—4[7l3／2a／(l+2)+，，】T2P／(l2)]贵州省省长基金项目[黔省专合字(2009)77号]式中：3／——组分1的表面张力；收稿日期：2009—11-0686工程塑料应用2010年，第38卷，第i期化，即：表1部分常见聚合物的表面张力及温度系数[·=y“一l／M材料2Ooc时表面张温度系数／式中：——无穷大分子质量时的表面张力；力／mN·In(mN·in)·K线性聚乙烯(PE)35．7—0．057——常数。接枝PE35．3—0．067上式是由Macleod’S关系式直接得到的，另外的经验公等规聚丙烯(PP)30．1—

7、0．058式为：聚异丁烯33．6—0．064y一2／M()聚苯乙烯(Ps)40．7—0．072式中：：为常数。聚氟乙烯36．7聚偏氟乙烯3O．3数均分子质量增加，表面张力增大。当数均分子质量大聚四氟乙烯20—0．058于3000时，表面张力约为1mN／m。因此，除了低聚物，大多聚氯乙烯41．5数聚合物的分子质量对表面张力的影响通常可以忽略。聚偏氯乙烯45．0与此类似，聚合物1、2间界面张力与聚合物1、2的数均聚乙烯醇36．5—0．066分子质量的关系为：聚甲基丙烯酸41．0—0．077聚丙烯酸乙酯37．