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专题论述

改善高分子共混物相容性的方法总结

发布时间:2025/9/2 11:05:26 来源: 尼龙产业链邵君

改善高分子共混物相容性是一个在高分子材料科学与工程中非常重要且常见的课题。由于大多数高分子之间在热力学上是不相容的,会导致相分离,从而劣化材料的力学性能、光学性能和热稳定性。

改善相容性的核心思路是:降低相分离的驱动力(降低界面张力)并增强相界面间的相互作用,从而得到更细小、更稳定、均匀分布的相形态。

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以下是主要的方法,从常用的工业方法到更前沿的学术研究:

一、物理共混方法

这类方法不改变组分的化学结构,而是通过加工工艺来强制分散。

优化加工工艺:

强烈剪切:通过提高螺杆转速、使用密炼机等方式,施加高剪切力,可以将分散相破碎成更小的颗粒。

缺点:这只是物理上的“强制分散”,一旦再次加热或长时间存放,微区可能会重新聚集长大( coalescence),相容效果不稳定。

二、化学改性方法

这是最有效、最根本的方法,通过化学反应来增强两相之间的相互作用。

1.引入特定官能团:

通过对一种或多种聚合物进行化学改性,引入可以相互作用的官能团,如羧基(-COOH)、环氧基(-epoxy)、酸酐基(-anhydride)、羟基(-OH)、氨基(-NH₂) 等。

原理:这些官能团在熔融共混过程中可以发生化学反应(如酯化、酰胺化),在两相界面处形成共价键,极大地降低界面张力,并起到“锚定”作用,防止相区粗化。

示例:PA6/PP共混物中,常用马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH) 作为相容剂。PP链段与PP相相容,而MAH官能团与PA6的端氨基反应,从而桥接两相。

2.使用嵌段或接枝共聚物:

这是模拟高分子胶体稳定的经典思路。

原理:加入A-b-B(A-B嵌段共聚物)或A-g-B(A-B接枝共聚物)。其中A链段与共混物中的A聚合物相容,B链段与B聚合物相容。相容剂会自发地富集在两相界面,其链段分别融入到相应的相中,如同“乳化剂”一样,有效降低界面张力,稳定分散相形态。

示例:PS/PP共混,可使用PS-PP嵌段共聚物;PLA/PBAT共混,可使用PLA-PBAT嵌段共聚物。

三、添加第三方相容剂

这种方法直接购买或合成现成的相容剂,在共混时加入,操作简便,效果显著。

1.非反应型相容剂:

通常是上述的嵌段或接枝共聚物,其本身不与组分发生化学反应,而是通过物理作用(链段缠结、相容)来降低界面能。

示例:在PS/PE共混中加入PS-PE嵌段共聚物。

2.反应型相容剂:

这是目前应用最广的一类相容剂。通常是含有反应性官能团的聚合物,如马来酸酐(MAH)、环氧基、异氰酸酯基等接枝的聚合物。

原理:相容剂的聚合物链段与一相相容,而反应性官能团在加工过程中与另一相的官能团发生化学反应,原位生成 graft 或 block 共聚物,实现高效相容。

常见品种:

PP-g-MAH:用于聚烯烃(PP,PE)与工程塑料(PA,PET)的共混。

PE-g-MAH:同上。

PS-g-MAH:用于PS与极性聚合物的共混。

乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(EGMA):其环氧基团可与多种官能团(羧基、氨基、羟基)反应,是一种通用型强反应相容剂,常用于PLA、PET、PA等共混体系。

3.无机纳米粒子相容剂:

这是一个新兴的研究领域。一些纳米粒子(如二氧化硅、粘土等)可以选择性地分布在共混物的界面处,起到物理阻隔的作用,阻止分散相颗粒的碰撞和合并,从而稳定相形态。

原理:类似于Pickering乳液的形成原理。

四、其他方法

动态硫化:

主要用于热塑性弹性体(TPE) 的制备,特别是PP/EPDM(TPV)。在共混过程中,对橡胶相(如EPDM)进行选择性交联(硫化),同时施加高强度剪切。最终形成微米级、交联的橡胶颗粒均匀分散在塑料基体(PP)中的稳定结构。

特点:实现了“热力学不相容但动力学稳定”的理想形态。

IPN(互穿聚合物网络)技术:

通过使两种聚合物分子链相互贯穿并以化学交联的方式锁定,强迫两者达到“互容”的状态。即使微观上仍可能分相,但相区尺寸非常小(纳米级),且被永久固定,无法分离。

总结与选择建议

在实际应用中,最普遍、最有效的方法是添加合适的反应型相容剂。选择相容剂的一般原则是:

相似相容:相容剂的某一部分链段必须与共混物中的一组分在化学结构上相似或有良好的相容性。

反应活性:相容剂上的官能团必须能与共混物中另一组分上的官能团发生有效反应。

希望这个详细的总结能对您有所帮助!




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