改善聚合物相容性的方法

聚合物相容性改善的方法

一、 改变聚合物的分子链结构

1.1 降低分子量

由共混聚合物的临界相互作用参数(X12)C可知，适当降低聚合物的聚合度(或分子量)可增加(X12)C值，即可改善共混聚合物的相容性。

例如，在聚氯乙烯／丁腈橡胶(PVC／NBR)共混物进行熔融共混之前，NBR必须经过3～5段塑炼，以降低其分子量(或粘度)，从而改善共混聚合物的相容性和分散效果。如果NBR的分子量过大，与PVC的分子量相差悬殊，将导致共混体系的粘度过大和共混组分间的粘度相差悬殊，这不利于顺利地进行相容的动力学过程。

1.2 通过共聚引入极性基团

通过共聚在聚合物分子链中引入其它链节(单体)单元，达到引进极性基团而增加聚合物极性的目的，从而改善共混聚合物的相容性。

例如，聚苯乙烯(PS)是弱极性的聚合物，与强极性的PVC不相容，仅与聚苯醚(PPO)和聚乙烯基甲基醚(PVME)等相容。但是，苯乙烯(St)与含强极性基团的丙烯腈(AN)形成的无规共聚物(SAN)不仅与PVC相容，而且能和许多聚合物形成至少是力学上相容的共混聚合物。

1.3 通过聚合物的化学改性引入极性基团

通过与极性单体共聚面引入极性基来改善共混聚合物的相容性，要涉及整个聚合工艺的改变，比较复杂。较为简便的方法是将已合成的聚合物进行化学改性，这是聚合物后反应的一种类型。

例如，PE／PCL共混物是不相容的，但是将PE通过氯化变成氯化聚乙烯(CPE)之后，在CPE的氯含量处于一定范围内时，CPE／PCL共混物则是相容的。

类似聚合物氯化这样的化学改性还有：磺化、氯磺化，氢化，氯化氢加成和环氧化等，都可以改变聚合物的链结构。

1.4 通过共聚引入特殊的相互作用基团

通过共聚，在不相容的共混聚合物中，将组分聚合物分子链上引入特殊相互作用基团后，形成氢键，离子-偶极，离子-离子等特殊相互作用，就可使共混聚合物的相容性得到根本改善。

1.4.1 氢键

例如，PS与聚氧化乙烯(PEO)的共混物是不相容的。但是，通过共聚在PS分子链中引入一定量的羟基苯乙烯后，由于羟基与醚键之间形成氢键面使其成为相容的共混物。

1.4.2 酸碱相互作用

酸碱相互作用是比氢键还要强的另一种特殊相互作用，其质子已发生分子间转移(氢键的质子来转移)，生成络合物。

例如水溶性的聚丙烯酸(PAA)和聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)共混后，所生成的络合物却不溶于水。

1.4.3 离子-离子相互作用

离子-离子相互作用存在于两个带相反电荷的聚合物电解质之间， 其结果是形成盐或络合物，这与酸碱相互作用相似，也是一种很强的相互作用，最典型的例子是PS的磺酸盐与PS的季胺盐间形成络合物。此聚合物电解质络合物在水、酸、碱和有机溶剂中是不溶的， 而

共混的组分聚合物在这些介质中一般是可溶的。

1.4.4 离子-偶极相互作用

与酸碱相互作用和离子-离子相互作用类似，离子-偶极相互作用也能显著改善共混聚合物的相容性。

例如，苯乙烯与甲基丙烯酸形成的共聚物(PSMAA)与氢氧化锂水溶液作用后， 所生成的盐(与氧醚键形成离子-偶极相互作用，从而可显著地改善PS／PEO或PS与聚氧化丙烯(PPOX)之间的相容性。

二、 形成接技或嵌段共聚物

通过形成接枝或嵌段共聚物来改荐共混聚合物的两相界面状态(形成化学键连接)， 从而降低了相分离的自由能。

2.1 接枝共聚物

在高抗冲聚苯乙烯(HIPS)中，PS与橡胶之间由接技共聚形成化学键连接；在丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中，SAN与NBR之间也是由接枝共聚而形成化学键连接，因此HIPS和ABS的抗冲强度比其相同组成的均聚物共混物，可高出几倍甚至十几倍。

2.2 嵌段共聚物

形成嵌段共聚物在改善相容性方面，与形成接枝共聚物一样，具有相同的特点。 例如，通过嵌段共聚制取乙丙橡胶(EPR)与聚丙烯(PP)的共混物，即先使单体丙烯(P)聚合到转化率为95％以上时，加入单体乙烯并使之形成乙烯-丙烯无规共聚物，它既可独立存在，又可嵌段在PP分子链上，二者皆阻碍PP结晶。因而，此共混物的玻璃化转变温度可降到-61℃，获得最佳的增韧效果，是熔融共混(机械共混)法无法达到的改性效果。

三、 添加增容剂

在不相容的共混聚合物中，加入能与某一组分或两组分聚合物相容的第三组分——增容剂(或称相容剂)， 就能改善原共混聚合物的力学相容性。增容剂的增容作用是通过对不相容共混聚合物的相界面性能的改善来实现的。

接枝和嵌段共聚物是常用的增容剂。在共混聚合物中，所加入的接枝或嵌段共聚物由于其化学组成与均聚物等同，因而接枝链或嵌段链能进入相应均聚物的相区，从而将不同相区连接起来，改善了相界面的粘合性能，并能降低两指界面的界面张力，使共混聚合物的分散更加均匀。

例如，在PS与低密度聚乙烯(LDPE)共混时，加入苯乙烯在PE上形成的接枝共聚物(PS-g-PE)， 能使共混聚合物的相容性改善，相区尺寸减小，共混聚合物的强度增加)。

四、形成IPN结构

互穿聚合物网络(IPN)是通过就地聚合和交联而强迫共混聚合物相容的。HIPS是通过就地接枝，从而形成接枝共聚物来增加体系的相容性的。

五、形成化学交联

在不相容的共混聚合物中，通过化学交联在两组分(两相)之间形成共价键结合，也可以迫使其相容性改善。

例如，SBS与BR共混并硫化(交联)后，具有一个玻璃化转变温度，消除了共混物未硫化时的所有特征，相容性得到改善。与此相似，天然橡胶和丁基橡胶以及SBR与丁基橡胶的共混物中，化学交联皆能迫使共混聚合物的相容性得到改善。

六、改变加工条件

在加工过程中各种力场和温度场对相区尺寸、分散相组成、各组分的结晶行为皆会产生影响，因此改变加工条件可使不相容的共混聚合物具有一定的相容性。在工程上， 把通过加工过程取得的相容性称为工艺相容性。

例如，对于共混组分间具有特殊相互作用的体系，即具有最低临界温度(LCST)的体系(如PS与聚乙烯基甲基醚、PCL与SAN、PMMA与SAN等)，降低加工温度有利于改善共混物的相容。与此相反， 对于不具有特殊相互作用的非极性聚合物共混体系，即具有最高临界温度(UCST)的体系(如NR／SBR、PIB与聚二甲基硅氧烷等)， 提高加工温度则有利于不相容的体系转变成相容体系。

【参考文献】

【1】何道纲，共混聚合物相容性的改善方法，四川省化工研究所，1989 【2】赵孝彬，杜磊，聚合物共混物的相容性及相分离，高分子通报，2002 【3】张子勇，高分子材料科学与工程，2000