影响聚合物共混物的相态结构微区形态和尺寸的因素
化学先生 / 2019-09-12
(1)制备方法的影响 聚合物共混物的相态结构与制备方法及工艺条件有密切关系。同一种聚合物共混物，采用不同的制备方法，产物的相态结构会迥然不同。同一种制备方法，由于具体工艺条件不同，相态结构也会不同。
如机械共混一殷得到不规则的分散相;嵌段共聚物常形成较规则的微区;接枝共聚共混法制得的共混物容易形成蜂窝状结构等。但往往也有一些例外，如乙丙橡胶与聚丙烯的机械共混产物中，乙丙橡胶的粒子是规则的球形，而不是一般机械共混物不规则的粗大胶粒。这可能是由于聚丙烯是结晶的，熔化后黏度较低，界面张力的影响起主导作用的缘故。
用本体法 和本体-悬浮法制备高抗冲聚苯乙烯HIPS和ABS时，丁腈橡胶颗粒中包含有体积分数为80%~90%的树脂(PS)。树脂包容物的产生主要是由于相转变过程的影响。用同样的方法制备橡胶增韧的环氧树脂时无相转变过程，因此橡胶颗粒中不包含环氧树脂。以乳液聚合法制得的ABS,橡胶颗粒中约包含体积分数为50%的树脂，橡胶颗粒的直径亦较小。不同制备方法所制得的ABS的相态结构示于图3-17。
(2) 组分间相容性的影响 共混体系中聚合物之间的工艺相容性越好，它们的分子链越容易相互扩散而达到均匀的混合，两相间的过渡区越宽，相界面越模糊，分散相微区尺寸越小完全相容的体系，不存在相界面，微区也随之消失而成为均相体系。两种聚合物间完全不相容的体系，聚合物之间相互扩散的倾向很小，相界面很明显，界面黏结力很差，甚至发生宏观的分层剥离现象。聚合物合金体系大多数介于这两者之间，具有一定程度的相容，存在适当的微区尺寸。一股来说，微区尺寸较小，两相间的过渡区宽一些， 共混物性能较好。但对不同的聚合物合金体系，其最佳的微区尺寸是不同的，并不都是微区越小性能越好。
(3)分子量的影响 从前面讨论的相容性的热力学原理可知，降低聚合物的分子量，有利于改善聚合物间的相容性，因而降低聚合物分子量有利于微区尺寸减小。例如，对于橡胶增韧塑料的体系，橡胶的分子量对胶粒尺寸的影响更大。橡胶分子量增大，其黏度也随之增大，而橡胶黏度增至一定程度就难以使橡胶相破碎成微小的胶粒。
(4)共混物组分的黏度差的影响 两种聚合物共混，它们的黏度差愈大，分散相愈不易被分散，分散相的粒径就愈大。因此，一股而言，两种聚合物的黏度越接近，分散效果越好，所得分散相的粒径也越小。
(5)工艺条件的影响 对机械共混的体系，由于聚合物的黏度较高，强化混合条件对聚合物的分散均匀性和微区尺寸有较大的影响。首先，必须控制合适的混炼温度，使两种聚合物均处于熔融状态。般而言， 温度适当高一些有利于分散相的均匀分布，但温度过高会导致聚合物降解；其次，应采取适当的混炼时间。混炼时间长一些，对分散相分散有利，在一定范围内微区尺寸有所减小，但到一定时间后不再有 影响。因此盲目延长混炼时间对分散效果无益。
采用机械共混方法时， 两阶段共混(亦称母料法)有利于分散相尺寸减小，产品性能优于直接共混法，即先配成塑料/橡胶共混比接近的混合料进行混炼，然后再稀释至预定的配比。例如两阶段共混的NR/PE (90/10)， 其拉伸强度较直接共混产物提高50%左右，断裂伸长率和定伸应力也有所提高。
在采用接枝共聚共混法制备HIPS和ABS时，如前文所述，聚合过程的搅拌速率对它们的形态结构有重要影响。当搅拌速率过低或剪切力小于临界值时，总是先形成的聚合物为分散相，即使在后形成的聚合物含量远大于先形成的聚合物时仍不发生相反转。相反，若剪切力过大，将会造成分散相胶粒过小，被包藏的PS较少，增韧效果也不好。此外，接枝程度对胶粒尺寸也有影响，随着接枝程度增大，橡胶粒子的尺寸逐步减小，这已被大量的实验结果所证实。这是因为接枝共聚物起着增容剂的作用，接枝度高使相容性提高，有利于形成较小的胶粒。
(6)混炼设备的影响 用熔融共混法制备聚合物共混物时，共混体系的分散程度与混炼设备密切相关。两种聚合物要达到充分混合和相容性所允许的分散程度，必须通过有效的混炼设备提供强化混合的条件。不同的混炼设备对共混物的分散作用不同，所得共混物的性能也不一样。 目前，工业生产上用于聚合物熔融共混的设备主要有两辊炼塑机、密炼机、挤出机等。两辊炼塑机混炼效果最差，高效密炼机的混合，分散作用高于普通密炼机，同向平行双螺杆挤出机优于普通单螺杆挤出机。
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