高分子產品是重要的有機材料,但單一聚合物往往難以滿足多種多樣的要求。為獲得綜合性能優異的高分子材料,聚合物的共混合金改性已成為發展高分子材料卓有成效的途徑。對于高分子材料共混改性,相容性是*為關鍵的因素。
聚合物的相容性是指共混的聚合物各個組分彼此相互容納,形成宏觀均勻材料的能力。從熱力學角度來看,聚合物的相容性就是聚合物之間的相互溶解性,是指兩種聚合物形成均相體系的能力。不同聚合物之間相互容納的能力有著很懸殊的差別。某些聚合物對之間,可以具有極好的相容性;而另一些聚合物對之間則只有有限的相容性;還有一些聚合物對之間幾乎沒有相容性。我們可按相容的程度劃分為完全相容、部分相容和不相容。相應的聚合物之間可分別稱為完全相容體系、部分相容體系和不相容體系。
聚合物之間的相容性,可以通過聚合物共混物的形態反映出來。完全相容的聚合物共混體系,其共混物可形成均相體系。因而,形成均相體系的依據亦可作為聚合物對完全相容的判據。如果兩種聚合物共混后,形成的共混物具有單一的Tg,則就可以認為該共混物為均相體系。相應地,如果某聚合物對形成的共混物具有單一的Tg,則亦可認為該聚合物對是完全相容的。
“部分相容”是一個很寬泛的概念,它在兩相體系的范疇之內,涵蓋了不同程度的相容性。對部分相容體系(兩相體系),相容性的優劣具體體現在界面結合的牢固程度、實施共混的難易,以及共混組分的分散度和均一性等諸多方面。
在聚合物共混物制備完成之后,可以對組分之間的相容性進行測定和研究。測定相容性的方法有玻璃化轉變溫度法、紅外法、電鏡法、濁點法、反相色譜法等。
聚合物共混成分之間的相容性是決定聚合物合金共混材料性能的關鍵,是選擇適宜共混方法的重要依據。通過改善聚合物共混體系的相容性,提高聚合物共混組分間的界面粘結,是該類材料開發的重要問題。
1、考慮聚合物間極性的相互作用。如PVC樹脂制品經常需要進行增韌改性,氯化聚乙烯(CPE)是常用的增韌劑,之所以其可以作為PVC的增韌劑,原因在于將原本與PVC不相容的聚乙烯(PE)進行氯化后,增加了極性,從而使得CPE/PVC實現了相容。類似的相互作用,還有氫鍵、酸堿相互作用、離子-離子相互作用、離子-偶極相互作用等等。
2、添加相容劑。改善聚合物共混體系相容性*重要、也是*實用的方法就是添加相容劑,以改善體系界面性能。相容劑分為非反應型或反應型兩種。在聚合物共混物中,所加入的嵌段或接枝共聚物由于其化學組成與均聚物等同,因而接枝鏈段或嵌段鏈段進入相應均聚物的相區,從而將不同相區鏈接起來,改善了相界面的粘合性能,并能降低兩相界面的界面張力,使共混聚合物的分散更加均勻。這一類非反應型的嵌段或接枝共聚物相容劑,典型的有乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-馬來酸酐共聚物等等。而反應型的相容劑是指在不相容或相容性很差的聚合物共混體系中添加,并在混合過程(如擠出造粒)中與共混聚合物分子鏈上的官能團之間在相界面上發生反應,使體系相容性得到改善。這一類典型的反應型相容劑有PE-g-MAH、PP-g-MAH、POE-g-MAH、EPDM-g-MAH、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物等等。
3、還可以通過交聯(如動態交聯、輻照交聯)改善PE/PP之間的相容性,抑或通過互穿聚合物網絡技術(IPN)將兩種聚合物結合成穩定的相互貫穿的網絡以提高其相容性。
聚合物共混合金從*初以增韌為目的,現已發展到改進聚合物性能的各個方面,幾乎滲透到高分子材料應用的所有領域。從技術上進一步探求**的共混手段,開發新的增容劑或相容劑品種仍然是主要的發展趨勢,其中反應型增容劑技術作為聚合物共混改性的關鍵技術之一,因具有添加量少、成本低和增容效果好等一系列優點,是改善聚合物共混物相容性、增強相界面粘結力的有效途徑,具有良好的應用前景。