北服纤维材料学课件01原理篇-2聚合物的熔融和溶解.ppt

第二章第二章 聚合物的熔融和溶解Melting and Dissolving of Polymer2 问题问题n 聚合物是否一定要熔融或溶解之后才能进聚合物是否一定要熔融或溶解之后才能进行加工行加工?Answer 由于聚合物一般呈玻璃态，通常将其由于聚合物一般呈玻璃态，通常将其熔融或溶解之后才能进行加工熔融或溶解之后才能进行加工但某些聚合物可以直接在固态下成型但某些聚合物可以直接在固态下成型.3例例1:纤维的固态挤出纤维的固态挤出 固态挤出不需溶剂、加工助剂或配料所有操作均在固态挤出不需溶剂、加工助剂或配料所有操作均在聚合物熔点以下进行聚合物熔点以下进行聚合物固态挤出的原料通常采用超高分子量聚合物聚合物固态挤出的原料通常采用超高分子量聚合物如超高分子量聚乙烯等的固态挤出工艺已开发成功如超高分子量聚乙烯等的固态挤出工艺已开发成功4例例2:塑料的冷压成型（低温压力诱导成型）塑料的冷压成型（低温压力诱导成型）近年来，美国近年来，美国MIT的的Anne M.Mayes教授发现一些嵌段教授发现一些嵌段共聚物在压力的作用下，能够产生像熔体一样的流动，从共聚物在压力的作用下，能够产生像熔体一样的流动，从而可以冷压成型。

而可以冷压成型n Nature 杂志称这种塑料为杂志称这种塑料为“evergreen plastics”东华大学东华大学:PLA低温锻压（小于低温锻压（小于60-70）加工，材料抗冲击强度提）加工，材料抗冲击强度提高高20倍以上倍以上.52.1 聚合物的熔融聚合物的熔融 2.1.1 Introduction 熔融熔融聚合物进行成型加工的聚合物进行成型加工的最简单方法最简单方法 条件：聚合物的条件：聚合物的Tm Hm 溶解 通常：通常：S，即，即S 0,Fm 的正负取决于的正负取决于Hm 的正负和大小的正负和大小溶解自法进行的条件？溶解自法进行的条件？13 Fm=Hm-TSm =（X1 H11+X2 H22-H12）-（X1TS11+X2T S22-T S12）溶解过程热焓的变化与熵的变化，既与大分子的溶解过程热焓的变化与熵的变化，既与大分子的 结构和性质有关，又与溶剂分子的结构和性质有关，结构和性质有关，又与溶剂分子的结构和性质有关，而且与它们之间的相互作用也密切相关而且与它们之间的相互作用也密切相关14（1）由热焓变化决定）由热焓变化决定？性高聚物在？性溶剂中的溶解？性高聚物在？性溶剂中的溶解 condition of dissolving?若放热，若放热，HHm m？FFm m？按按P-S体系中热力学函数的变化，大致为两类溶解：体系中热力学函数的变化，大致为两类溶解：Sm Hm，Sm 0则则 Fm=Hm=X1 H11+X2 H22-H12 聚合物溶解的条件：聚合物溶解的条件：Hm X1 H11+X2 H22 15（2）由熵变决定）由熵变决定？性高聚物在？性溶剂中的溶解？性高聚物在？性溶剂中的溶解 特征：特征：Hm=0（不放热）（不放热）or Hm 0 （一定程度的吸热）（一定程度的吸热）只有只有 Sm 0 F 1.72.0,溶剂系不良溶剂溶剂系不良溶剂选择溶剂常用的规则：选择溶剂常用的规则：尽可能找尽可能找与聚合物与聚合物C.E.D.或或 相近的溶剂相近的溶剂若若 s p(或内聚能密度相近或内聚能密度相近),Hm 0 溶解可自发进行溶解可自发进行20 PVC（聚氯乙烯）的结构式为：（聚氯乙烯）的结构式为：CH2CHCl 摩尔吸引常数摩尔吸引常数E（J/cm3）1/2 CH2 269.07 CH 175.97 Cl(仲）仲）425.60 M0=62.5 =1.4 g/cm3n聚合物的聚合物的 查聚合物手册、实验方法直接测定、根据聚合物结构计算查聚合物手册、实验方法直接测定、根据聚合物结构计算实测实测19.4421混合溶剂的溶解能力混合溶剂的溶解能力 22232425聚丙烯腈与几种化合物的聚丙烯腈与几种化合物的Van der Waals常数常数2627282930R 不溶不溶图图 三因次溶解度参数图三因次溶解度参数图 3132自学自学33几种成纤高聚物常用的溶剂几种成纤高聚物常用的溶剂 34n 离子液体是在室温及相邻温度范围离子液体是在室温及相邻温度范围内完全由离子组成的有机液体。

内完全由离子组成的有机液体n 离子液体具有极性强、不挥发、不离子液体具有极性强、不挥发、不易氧化、不易燃易爆、对无机和有机易氧化、不易燃易爆、对无机和有机化合物有良好的溶解性和对绝大部分化合物有良好的溶解性和对绝大部分试剂稳定等优良特性，因此被称为绿试剂稳定等优良特性，因此被称为绿色溶剂色溶剂352.2.4 聚合物聚合物溶剂体系的相平衡溶剂体系的相平衡 制备纺丝原液：均匀的单相溶液制备纺丝原液：均匀的单相溶液纤维成形：聚合物与溶剂最小互溶纤维成形：聚合物与溶剂最小互溶36图图 聚合物聚合物-溶剂相平衡图的基本类型溶剂相平衡图的基本类型 37 研究相平衡图目的研究相平衡图目的：(1)1)确定哪些聚合物可以通过溶液来加工成型确定哪些聚合物可以通过溶液来加工成型(2)(2)了解聚合物的加工在怎样的条件下合适了解聚合物的加工在怎样的条件下合适A聚合物B聚合物38聚合物的临界混溶温度（聚合物的临界混溶温度（）39不同酯化度的纤维素黄酸酯在苛性钠溶液中的相平衡曲线不同酯化度的纤维素黄酸酯在苛性钠溶液中的相平衡曲线 40图图 从聚合物制备溶液所可能采用的方法从聚合物制备溶液所可能采用的方法1-原来的相平衡曲线原来的相平衡曲线 2-溶剂组成改变后的相平衡曲线溶剂组成改变后的相平衡曲线 41溶胀试样重量溶胀试样重量/干燥试样重量干燥试样重量 图图 在聚合物溶胀和溶解过程中试样重量的变化在聚合物溶胀和溶解过程中试样重量的变化 1-慢速的有限溶胀慢速的有限溶胀 2-快速的有限溶胀快速的有限溶胀 3-伴有可提取伴有可提取的低分子的溶胀过程的低分子的溶胀过程 4-伴有部分高聚物溶解的溶胀伴有部分高聚物溶解的溶胀过程过程 42。