聚合物共混物的相容性及相分離

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1、第4期高分子通報(bào)·75·聚合物共混物的相容性及相分離1211趙孝彬，杜磊，張小平，鄭劍（1.中國航天科技集團(tuán)公司四院四十二研究所，湖北襄樊441003；2.上海航天局科技委，上海200233）摘要：綜述了聚合物共混物相容性和相分離的研究現(xiàn)狀。介紹了聚合物共混物的相容性理論、影響相容性的因素及改善相容性的方法和表征相容性的手段。聚合物共混物的相分離機(jī)理制約著材料的性能，旋節(jié)分離和成核-增長相分離分別形成不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)。旋節(jié)分離和成核-增長相分離所對(duì)應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程是不同的，散射光強(qiáng)與相分離時(shí)間分別滿足指數(shù)和冪指數(shù)關(guān)系。關(guān)鍵詞：聚合物共混物；相容性；熱力學(xué)；相分離；動(dòng)力學(xué)前言聚合物

2、的共混改性是高分子材料科學(xué)與工程領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支。將不同種類的聚合物采用物理或化學(xué)的方法共混，不僅可以顯著改善原聚合物的性能，形成具有優(yōu)異綜合性能的聚合物體［1］系，而且可以極大地降低聚合物材料開發(fā)和研制過程中的費(fèi)用，降低成本。目前，開發(fā)性能優(yōu)異的單體已經(jīng)愈來愈困難，一種工業(yè)化的新型聚合物從研制到生產(chǎn)需高達(dá)兩億美元的投資；而研制并［2］工業(yè)化生產(chǎn)一種新型聚合物共混物則只需數(shù)百萬美元。因此聚合物的共混改性對(duì)于獲得綜合性能較為理想的高分子材料，提高材料的使用性能、改善加工性能、制備新型材料滿足某種特殊的需要、降低生產(chǎn)成本都具有非常重要的意義。自從本世紀(jì)40年代丁氰橡膠改性聚氯

3、乙烯和橡膠增韌聚苯乙烯的開發(fā)成功并且工業(yè)化生產(chǎn)，已經(jīng)有上百種重要的聚合物共混物相繼問世。近年來國內(nèi)［3~5］外對(duì)聚合物共混改性的理論和實(shí)驗(yàn)研究十分活躍，并且取得了一些重要的進(jìn)展。聚合物共混物的相容性是選擇合適共混方法的重要依據(jù)，也是決定共混物形態(tài)結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)鍵因素。有效地控制聚合物共混物的相分離程度，可以賦予材料以特殊的性能，滿足特定的要求。因此研究聚合物共混體系的相容性及相分離結(jié)構(gòu)對(duì)于改善和提高材料的性能具有重要意義。1聚合物共混物的制備方法及分類聚合物共混物的制備方法主要有機(jī)械共混法、共溶劑法、乳液共混法、共聚-共混法和互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。聚合物共混根據(jù)所應(yīng)用聚合物的種

4、類可以分為橡膠共混、塑料共混及橡膠和塑料并用；根據(jù)所形成聚合物共混物的相態(tài)可以分為均相共混物和多相共混物；根據(jù)制備工藝的不同可以分為物理共混、共聚共混、交聯(lián)聚合及復(fù)合等。交聯(lián)聚合技術(shù)包括形成互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物（IPN）和AB［6］交聯(lián)聚合物（ABCP），交聯(lián)聚合形成的是一種特殊的聚合物共混物。由于聚合物共混物具有優(yōu)越的性能，因此聚合物共混改性的研究工作引起廣泛的重視。聚碳作者簡介：趙孝彬（1973—），男，山東定陶人，工程師、博士生。1998年畢業(yè)于中國航天科技集團(tuán)公司四院四十二研究所，獲火箭發(fā)動(dòng)機(jī)專業(yè)碩士學(xué)位。主要從事復(fù)合固體推進(jìn)劑性能研究，已在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文十余篇。·

5、76·高分子通報(bào)2001年8月酸酯（PC）是聚合物共混改性中應(yīng)用較多的一種聚合物，目前世界上已有數(shù)十種聚碳酸酯的改性產(chǎn)［7］品實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。應(yīng)用較多的如聚碳酸酯增韌聚乙烯（PC/PE）、聚碳酸酯增韌橡膠彈性體（PC/Eias-［8］［9］tomer）、聚碳酸酯與聚砜（PC/PSF）共混改善聚砜的加工流動(dòng)性和聚碳酸酯的耐應(yīng)力開裂性能、［10］聚碳酸酯與聚醚砜（PC/PES）共混改善其加工性能、增強(qiáng)其韌性等。此外，研究較多的共混體系還有聚氯乙烯/聚乙烯（PVC/PE）、聚氯乙烯/聚丙烯酸酯類彈性體（PVC/ACR）、羧化聚苯醚/聚苯乙烯（PPO/PS）等。2聚合物共混物的相容性由于

6、聚合物共混體系中各組分間的相容性是影響聚合物共混體系形態(tài)結(jié)構(gòu)和性能的重要因［4］素，所以在設(shè)計(jì)和開發(fā)新型共混材料的過程中，首先要考慮共混體系的相容性問題。現(xiàn)代的相容性概念通常指聚合物在鏈段水平或分子水平上的相容，因此一般從熱力學(xué)角度討論其相容性。如果兩種聚合物在熱力學(xué)上是完全不相容的，那么共混時(shí)就會(huì)發(fā)生宏觀的相分離，聚合物界面間的粘結(jié)力很低，沒有實(shí)用價(jià)值；如果兩種聚合物在熱力學(xué)上完全相容，共混物為均相體系，其最終性能一般為原始聚合物性能的加和。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)這種均相體系并不利于提高材料的力學(xué)性能，而某些具有相分離結(jié)構(gòu)的聚合物共混體系則具有優(yōu)異的性能。根據(jù)聚合物共混理論，對(duì)于性能優(yōu)

7、異的聚合物共混物，應(yīng)具有宏觀均勻而微觀相分離的形態(tài)結(jié)構(gòu)，即形成具有較強(qiáng)界面作用的部分相容體［11］系。!"#聚合物共混物相容性理論的研究現(xiàn)狀聚合物共混物之間的相容性直接關(guān)系到共混體系的加工性能、形態(tài)結(jié)構(gòu)和使用性能。因此自從聚合物共混物問世以來，相容性問題一直是聚合物共混研究的一個(gè)重要組成部分。目前已經(jīng)發(fā)［12］［13］展了很多關(guān)于聚合物共混相容性的理論，如Fiory-huggins理論、狀態(tài)方程理論、氣體晶格模型［1］［2］［2］理論、強(qiáng)相互作用模型理論、混合熱理論等。上述各種理論都還存在著各自的不足，