聚合物共混物的相容性原則及提高相容性的方法

聚合物共混物的相容性原則

聚合物組分之間的共混改性，為達到改善效能的相應效果，往往需要加入相容體系。一般來說，不同聚合物組分之間的共混需要的是相適應的相容性，從而製得相相之間結合力較強的多相結構的共混物。瞭解與應用共混物體系之間的更好相容性，應考慮如下幾個原則。

（1）溶解度引數相近原則

聚合物之間的共混過程，實際上是分子鏈間相互擴散的過程，並受分子鏈之間作用的制約。分子鏈間相互作用的大小，可以用溶解度引數來表示。溶解度引數的符號為δ，其數值為單位體積內聚能密度的平方根。不同組分之間的相容性好壞，也可以用溶解度引數δ之差來衡量，即δ越接近，其相容性越好。

如兩種聚合物溶解度引數相近，其差值通常要＜0。2，而兩種聚合物溶解度引數之差＞0。5時，不能以任意比例相容。例如：PVC/NBR共混體系，PVC的溶解度引數δA為9。4～9。7，而NBR的溶解度引數δB為9。3～9。5，所以PVC與NBR相容性良好；又如PS/PB共混體系，他們的溶解度引數之差＞0。7，所以兩者的相容性差。PVC與PS的溶解度引數之差＞1，所以兩者基本不相容。

（2）極性相近原則

聚合物之間共混體系的極性越相近，其相容性越好，即極性組分與極性組分、非極性組分與非極性組分都具有良好的相容性。例如：PVC/EVA、PVC/NBR、PVC/ABS之間極性相近，所以其相容性好。在考慮共混改性配方設計時，要了解聚合物之間相容性的基本原則：極性/極性≥非極性/非極性≥極性/非極性。極性組分與非極性組分之間一般不相容，例如：PVC/PC、PVC/PS、PC/PS等。

極性相近原則也有些例外，例如：PVC/氯丁橡膠（CR）共混體系，其極性相近，但不相容；而PPO/PS兩種極性不同的組分，相容性反而很好。

（3）結構相近原則

聚合物共混體系中各組分的結構相似，則相容性就好，即兩聚合物的結構越接近，其相容性越好。所謂結構相近，是指各組分子鏈中含有相同或相近的結構單元，例如：PA6與PA66分子鏈中都含有—CH2—、—CO—NH—，故有較好的相容性。

（4）結晶能力相近原則

共混體系為結晶聚合物時，多組分的結晶能力即結晶難易程度相近時，其相容性就好。而晶態與非晶態、晶態與晶態體系的相容性很差，只有在混晶時才會相容，如PA/PVC、PE/PA、PET/PBT體系。兩組分非晶態體系相容性較好，如PPO與PS，PVC與NBR，PVC與EVA等。

（5）表面張力相近原則

共混體系中各組分的表面張力越接近，其相容性越好。共混物在熔融時，與乳狀液相似，其穩定性及分散度受兩者表面張力的控制。表面張力越接近，兩相間的浸潤－接觸與擴散就越好，介面的結合也越好。例如：聚丙烯、聚乙烯與順丁橡膠、天然橡膠、乙丙橡膠表面張力相近，因此其相容性很好，尤其是PP/EPDM是典型的增韌共混體系。

2提高共混物相容性方法

（1）加入相容劑

加入相容劑，使兩種或多種聚合物組分透過混煉，提高相介面層的黏結力，促進相分散，使形態結構穩定化，並藉助聚合物分子間的鍵合力，降低兩相組分間的介面張力，增加共混體系的均勻性，減小相分離，改善聚合物共混的綜合性能。

PE、PP等聚烯烴之間，效能具有互補性但卻缺乏良好的相容性，因此加入相容劑是必要的。PE/PP共混物兩組分相容性差，但加入15%相容劑EPR後，其形態結構均化以及相介面黏結得到強化，效能有了明顯改善。又如：PBT與PPO完全不相容且成型性極差，加入5%～8%帶有環氧基的PS接枝相容劑，改善了PBT與PPO的相容性，並促進力學與加工效能大大提高。

（2）交聯反應

聚合物交聯反應屬於化學改性在塑膠行業中應用較為廣泛。交聯是指在聚合物大分子鏈之間產生的化學反應，從而形成化學鍵的過程。交聯反應如果是在相互不相容的聚合物之間，可大大提高兩種聚合物的相容性，甚至使不相容組分變為相容組分。

交聯可分為化學交聯和物理交聯兩種情況。例如：用輻射的方法使LDPE/PP產生化學交聯。結晶作用屬於物理交聯，由於取向纖維組織的結晶，使已形成的共混物形態結構穩定，從而產生相容作用。

用於提高聚合物共混組分相容性的交聯，大多數企業採用動態交聯方式。動態交聯即可實現共混物的相容，又可提高共混物的綜合性能，同時又不失去其固有的熱塑性，仍然可用熱塑性塑膠成型加工方法加工。

聚合物動態交聯的必要條件如下：

①被分散聚合物的粒徑應為1～2m；②兩種或多種聚合物的表面張力差應低於0。5～3。0mN/m；③塑膠樹脂的結晶度應大於15%～30%。

通常動態交聯品種有：PP/EPDM、PE/EPDM、PP/CPE、PP/PA、PP/丁基橡膠、PP/天然橡膠、PA/丁腈橡膠等。

（3）IPN技術

IPN技術，也叫互穿網路技術。互穿網路（IPN）技術可以製得互穿網路聚合物（IPN）共混物，是一種以化學法制備物理共混物的方法。它是兩種聚合物分子在共混體系內互相貫穿，在分子水平上達到“強迫互容”和“分子協同”的效應的一種提高共混物相容性的一種比較有效的方法。

（4）引入聚合物組分間相互作用基團

聚合物組分中引入離子基團或離子—偶極官能團的相互作用，使聚合物分子鍵之間形成具有較好的相容性。在聚合物組分之間引入氫鍵或離子鍵，或促使分子鏈上原有的酸性或鹼性基團相互作用，共混時產生質子轉移，從而實現相容作用。

例如：PMMA/PVA共混，由於分子鏈之間可以形成氫鍵，所以具有良好的相容性；又如：PS中引入5%mol的—SO3H基團，同時將丙烯酸乙酯與5%mol的乙烯吡啶共聚，然後將二者共混，即可製得穩定效能優異的共混材料。

（5）改變分子鏈結構

PS是極性較弱的聚合物，與其他聚合物相容比較困難。但是苯乙烯與丙烯腈的共聚物—SAN，由於改變了分子中鏈結構，可與許多聚合物混容，如能與PC、PVC、PSF等樹脂共混相容。非極性的聚丁二烯與聚氯乙烯很難相容，但丁二烯與丙烯腈的共聚物與聚氯乙烯卻具有很好的相容性。

PE與PVC也難於相容，但乙烯與醋酸乙烯的共聚物EVA卻能與PVC相容性很好。乙烯與丙烯酸的共聚物可與PA組成相容體系，而PE與PA則不能相容。所以說，透過共聚的方法改變聚合物的分子鏈結構，增加聚合物之間的相容性是一種比較有效的辦法。（來源於網路）