Specific Interactions and the Miscibility of Polymer Blends pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Coleman, Michael M./ Graf, John F./ Painter, Paul C.

出品人:

页数:516

译者:

出版时间:1995-11

价格:$ 101.64

装帧:

isbn号码:9780877628231

丛书系列:

图书标签:

Polymer blends
Miscibility
Polymer compatibility
Specific interactions
Phase behavior
Thermodynamics
Polymer science
Materials science
Polymer physics
Blending

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具体描述

This book with software provides powerful tools for the analysis, prediction and creation of new polymer blends, an area of significant commercial potential. The R&D approaches and methods described in the book have attracted the interest of polymer R&D leaders in industry, and have been put into use in several major chemical companies. The companion set of computer programs speeds and facilitates work in this area.From the authors' preface: during the 1980's a steadily increasing number of compatible systems [polymer blends] have been reported. We believe that miscible mixtures will prove to be fairly common and the purpose of this book is to explore the circumstances in which single phase materials can be obtained. We will also describe a model for the phase behavior of these mixtures which we believe to have a predictive value, or be used as a practical guide to polymer miscibility. Our approach is based on the use of association models which have until recently been largely ignored in treating hydrogen bonding in polymer mixtures. They have most frequently been applied to mixtures of alcohols with simple hydrocarbons, where the equilibrium constants used to describe association have most frequently been determined by a fit to thermodynamic data (e.g., vapor pressures, heat of mixing).In our work we have sought to, first, adapt this approach to a description of the phase behavior of polymer mixtures; second, develop spectroscopic methods that provide an independent measurement of the equilibrium constants. Our purpose in this book is to explore and describe this approach and illustrate its broad utility. We address two overlapping yet different audiences. One would be primarily interested in the broad nature of this approach and the practical applications of a simple model. The second would be more interested in the derivations of the equations and some of the fundamental aspects of the spectroscopy of these systems. Accordingly, this book is in the form of a sandwich.We begin with a brief introduction to theories of mixing and the phase behavior of polymeric mixtures, followed by a practical guide to polymer miscibility. This chapter also serves to identify the types of systems in which, by copolymerization or other means, one might introduce the appropriate hydrogen bonding functional groups and obtain a miscible system. The [main substance] of this book is in [the] chapters where fundamental aspects of hydrogen bonds, spectroscopy and the application of association models are described. We also offer [separately] computer programs that calculate and display many of the important quantities described in this book (e.g., the stoichiometry of hydrogen bonding and its relationship to infrared measurements, phase behavior, etc.). In our view one can obtain a good feel for the miscibility of many systems with these programs.

探寻物质融合的奥秘：高分子共混物的相容性理论与实践高分子材料以其种类繁多、性能各异、易于加工等优点，在现代社会中扮演着不可或缺的角色。从轻巧耐用的塑料制品，到高性能的工程材料，再到功能各异的纤维与薄膜，高分子材料的广泛应用极大地丰富了我们的生活，并不断推动着科技的进步。然而，单一高分子材料往往难以满足日益复杂和多样化的应用需求。例如，一种聚合物可能具有优异的机械强度，但却耐溶剂性差；另一种聚合物可能耐溶剂性极佳，但加工性能不佳。如何将不同高分子材料的优点结合起来，克服各自的缺点，从而获得具有全新、更优越性能的材料，是高分子科学领域中的一个重要课题。高分子共混（polymer blending）正是实现这一目标的核心技术。它通过物理方式将两种或多种互不相溶的聚合物混合在一起，形成一种宏观上均匀的材料。这种材料的性能往往并非简单地是各组分性能的算术平均，而是能够根据共混物的组分、结构、相容性等因素，展现出显著的协同效应，甚至涌现出全新的性能。因此，高分子共混技术为我们提供了一条经济高效、环境友好的途径，以期“1+1>2”地设计和开发新型高分子材料。然而，并非所有的高分子都能轻易地相互混合形成稳定的共混物。大部分高分子材料在热力学上是互不相溶的，它们倾向于分离成独立的相，如同油和水一样，形成非均一的体系。这种相分离不仅会严重影响材料的宏观性能，甚至可能导致材料在使用过程中出现失效。因此，理解高分子共混物的相容性（miscibility）机制，以及如何提高和控制相容性，就成为了高分子共混技术的核心挑战，也是深入探究高分子材料设计与应用的关键。本书并非聚焦于“特定的相互作用”或“高分子共混物的相容性”这两个宽泛的概念本身，而是将目光投向了更深层次的、驱动这些现象背后的微观机制和宏观表现。我们将以高分子共混物中的相分离行为为切入点，深入剖析决定其宏观可混性与否的内在动力学和热力学因素。第一部分：相分离的根源——微观相互作用的印记高分子共混物的相分离过程，本质上是一个热力学驱动的自发过程。它受到分子间作用力、链段柔顺性、熵效应等多种因素的共同影响。在本部分，我们将首先回顾高分子热力学的一些基本原理，例如吉布斯自由能方程，并阐述其在高分子共混体系中的应用。我们将探讨，当两种高分子链段混合在一起时，体系的总自由能如何变化，以及相分离是如何通过降低体系自由能来实现的。分子间作用力的角色：不同高分子链段之间可能存在的范德华力、偶极-偶极相互作用、氢键作用，甚至特殊的化学键合（例如通过接枝共聚引入的兼容基团），都会影响到混合的驱动力。我们将详细讨论这些微观作用力如何影响链段间的吸引或排斥，以及这种影响如何体现在整体的相行为上。某些情况下，微弱但普遍存在的相互作用，如果能够显著降低体系的自由能，也能促进相容性的提升。链段柔顺性与自由体积：高分子链的柔顺性（或刚性）以及它们所占据的自由体积，同样是影响相容性的重要因素。柔顺性较差的聚合物链段在混合时，其构象熵的变化会更大，从而对混合过程的熵贡献产生显著影响。同时，自由体积的匹配与否，也会影响链段的可移动性和混合的效率。熵效应的博弈：尽管从热力学角度看，混合通常伴随着熵的增加，但对于高分子而言，由于链的拓扑缠结和巨大的分子量，混合熵的贡献往往不足以克服混合焓的排斥作用。我们将分析，在哪些情况下，混合焓的降低（例如通过特定相互作用）能够与混合熵共同作用，最终导致体系呈现热力学上的相容性。第二部分：相分离的表象——宏观形态与性能的关联一旦相分离发生，高分子共混物就会呈现出不同的宏观形态，这些形态直接决定了材料的最终性能。本部分将聚焦于相分离过程的动力学以及由此产生的微观结构，并将其与宏观性能联系起来。动力学控制下的相分离：相分离并非瞬时发生，其动力学过程受到粘度、扩散系数、温度等多种因素的影响。我们将探讨，在不同的退火温度和时间尺度下，相分离是如何进行的，例如通过紡锤体不稳定性（spinodal decomposition）或核化生长（nucleation and growth）机制。理解这些动力学过程，对于控制共混物的微观形貌至关重要。微观形貌的决定力量：相分离的结果通常是形成分散相和连续相。这些分散相可以是球状、柱状、片状，甚至更复杂的互穿网络（interpenetrating polymer networks, IPNs）。我们将分析，不同的相分离机制如何导致不同的微观形貌，以及这些形貌特征（如分散相的尺寸、形状、分布、界面层厚度）如何深刻地影响共混物的力学性能、光学性能、阻隔性能、热稳定性等。例如，细小的球状分散相通常能提供良好的韧性，而互穿网络结构则可能带来优异的尺寸稳定性和耐溶剂性。界面层的微妙影响：在不相容的高分子共混物中，两相界面处的链段分布并非是陡然变化的。通常会存在一个界面层，链段在其中发生一定程度的混合。这个界面层的存在及其厚度、链段混合程度，对整个共混物的性能起着至关重要的作用。我们将探讨，如何通过引入增容剂（compatibilizer）来优化界面层的结构，从而增强两相之间的粘附性，改善宏观性能。第三部分：调控相容性的策略——理性设计与工程应用理解了相分离的根源和表象之后，我们便可以采取一系列策略来调控高分子共混物的相容性，从而获得期望的性能。本部分将介绍几种主要的调控方法，并探讨其在实际工程应用中的案例。增容剂的设计与应用：增容剂是提高不相容高分子共混物相容性的最直接、最有效的方法之一。我们将深入探讨不同类型的增容剂，例如嵌段共聚物（block copolymers）、接枝共聚物（graft copolymers）以及小分子增容剂。我们将分析它们的作用机制，例如在界面处形成桥联作用，降低界面张力，以及如何通过分子设计来选择合适的增容剂，以实现最佳的增容效果。共聚物作为增容剂：利用共聚物来改善共混物的相容性是另一重要策略。通过将两种或多种单体共聚，可以得到具有一定序列和分布的共聚物。如果我们能够设计出一种共聚物，其链段能够与两种基体聚合物都产生一定的亲和作用，那么这种共聚物就可以有效地起到增容剂的作用，将不相容的基体聚合物“粘合”在一起。物理改性与化学改性：除了引入增容剂，还可以通过其他方式来调控相容性。物理改性，例如通过高剪切混合、拉伸取向等，可以在一定程度上改变共混物的微观形貌，从而间接影响其宏观性能。化学改性，例如在反应过程中引入交联作用，也可以固定住微观形貌，阻止进一步的相分离，提高材料的稳定性。应用导向的共混物设计：最后，我们将结合实际应用需求，阐述如何根据特定的性能要求，来设计和制备高分子共混物。例如，在汽车轻量化领域，需要高强度、高韧性的共混物；在电子封装领域，则需要具有优异导热性、低介电常数和良好加工性的共混物。我们将通过具体的案例分析，说明如何综合运用上述理论知识和调控策略，实现高性能高分子共混材料的设计与开发。本书旨在为读者提供一个全面、深入理解高分子共混物相容性及其相关性能的框架。通过对微观相互作用、宏观相分离过程以及调控策略的系统阐述，我们希望能够激发读者在高分子材料设计与应用方面的创新思维，为开发更多具有优异性能、满足社会发展需求的高分子材料提供有力的理论支持和实践指导。