含离子聚合物应用

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1、含离子聚合物的应用摘要：本文对含离子聚合物的定义、制备、结构、分类和性质进行了介绍，并着重介绍了在木塑复合材料、涂料、生物、钻井液和弹性体中的应用。关键词：含离子聚合物；应用1含离子聚合物的简介1.1含离子聚合物的定义含离子聚合物（Ion-containingPolymer）又称离聚物（Ionomer），是指碳氢分子链中含有少量离子基团的聚合物，通常认为离子基团的摩尔含量不超过15%[1]。它的主要部分是一个非离子性的主链，次要部分是一种可离子化的或离子性的共聚单体。这个次要部分通常为侧酸基的形式，可通过共聚单体与主链部分共聚而形成，也可用化学方法使非离子性部分改

2、性成部分离子化的高分子材料。离聚物中由于离子键的缔合，在常温下分子链间形成物理交联，具有许多优良的、独特的物理性能。1.2含离子聚合物的制备1.2.1共聚合把含有可离子化官能团（如羧基）的单体与烯类单体共聚合，再用所需抗衡离子的氢氧化物、醋酸盐或其它类似的盐中和共聚物形成离聚物。（1）将烯烃类单体与含酸基（如羧酸基、磺酸基）的单体进行游离基共聚生成的共聚物再与金属的氧化物、氢氧化物或乙酸盐等在溶液中或熔融状态下反应，即生成离聚体。如乙烯酸-甲基丙烯酸、苯乙烯-甲基丙烯酸等共聚物的离聚体。（2）将烯烃类单体与丙烯酸酯共聚,生成的共聚物再进行部分水解或皂化，使部分酯基

3、变成酸基或盐基。如苯乙烯-甲基丙烯酸酯离聚体。1.2.2接枝即将聚合物分子直接官能团化。该方法对于只需低程度官能团化的情况非常适合，特别是用来制备含磺酸基的离聚物。即用适当的磺化剂将选定的聚合物直接磺化接枝上磺酸基团，再用与前法相同的手段将其中和成盐形式的离聚物。（1）将含双键或芳基的高聚物用试剂进行改性，在双键部位生成酸基。例如，将浓度为50~100g/LEPDM己烷溶液与磺化剂乙酰基硫酸在室温下反应30min，加醇终止磺化。将所得磺化聚合物用乙酸金属盐或碱的水-醇溶液处理，除去溶液后便得到EPDM磺酸盐离聚体。(2)先合成分子量为1500~6000的两端带羧基

4、的遥爪预聚物，9再与金属化合物反应，生成所谓“ha-lato”遥爪离聚体。1.3含离子聚合物的结构目前，人们已经合成出各种链结构的离聚物，示意图如图1所示。图1离聚物结构示意图（从左到右分别为：无规型、紫罗烯型、ABA嵌段型、AB嵌段型、远螯型、鸡冠型（正反））物质的性质是由其结构所决定的，许多作者[2-5]对离聚物的形态结构与性能的关系进行了深入的研究。他们认为，在离聚物中，离子对依靠静电力聚集起来形成离子聚集区。关于离子聚集区的形态结构，目前虽有不同的看法，但较多人认为主要以8对以下离子对聚集在一起而形成的聚集体称为多重离子对（Multiplet），它的尺寸较

5、小，分布在基体中，不产生相分离。多重离子对又相互聚集，或以一个多重离子对为中心，其它离子对或多重离子对聚集在其周围而形成一个较大的离子聚集区，称为离子簇（cluster）。离子簇分布在基体中，呈相分离状态。现在通常认为离聚物具有一种“壳—芯”结构（Shell-Coremodel），其结构示意图见图2，由于这种特殊的结构，赋予离聚物具有较高的模量和玻璃化温度以及较高的枯度等特性。图2离聚物的“壳—芯”结构模型9离聚物的研究表征采用最多的是X射线小角散射（SAXS）、电子显微镜、中子衍射、热分析和动态力学方法。目前证明离聚物中存在离子聚集体的最令人信服的证据是来自SA

6、XS的数据分析[6,7]和电镜的直接观察[8]，用它们可以测定粒度在数十到数千埃大小的粒子或微相畴大小，形状和分布状况。通过SAXS试验，可得到离聚物中是否存在离子簇及离子簇的大小，间距、界面层厚度等信息。1.4含离子聚合物的分类离聚物分类常见有两种方法，即Eisenberg法[9]和Holliday分类法[10]，如下所示：在高分子材料领域，常用的都是长共价键链的线性低离子含量聚合物，按含酸性基团的类型分为梭酸盐类和磺酸盐类。羧酸盐类，如：9磺酸盐类，如：1.5含离子聚合物的特性离聚物的性能不仅取决于它的化学结构，同时也依赖于离子聚集态结构。因此，研究离聚物微观

7、结构与性能的关系引起各国学者的重视。聚合物接上离子基团后，其性质发生相应变化。由于离子基团的引入，离聚物与其母体聚合物相比，力学性能和热稳定性大大提高，最明显的是Tg升高。另外，离聚物的力学抗疲劳性、模量、熔体及溶液粘度、特征松驰时间等性质都会增加，断裂伸长下降。这些变化都是由于离聚物的特殊结构造成的，而变化的程度又与离聚物的类型（是侧酸基还是侧磺酸基等）、离子基团的含量、中和离子的种类（是过渡金属还是非过渡金属离子，是一价金属离子还是二价金属离子）、中和程度等因素有关。甚至同样组成的离聚物，因制备方法不同，二者性能也有差异[11]。2含离子聚合物的应用2.1含离

8、子聚合物在