多组聚合物共混聚合物阻隔性的影响因素
化学先生 / 2019-09-23
共混聚合物的阻隔性能受材料的组分和加工条件控制。图7-25以聚烯烃为例说明了层状共混物的制备过程及其控制要素。根据层状共混的流变学原理，为了满足加工时的黏弹性条件，必须对原料的相对分子质量及其分布进行适当的选择，一股主连续相组分要选择熔体流动速率较大的原料，而次连续相组分要选择熔体流动速率较小的原料。人们研究最多的层状共混阻隔体系是HDPE/PA,这可能就是因为HDPE和PA的熔体流动速率值比较匹配，容易控制加工条件。
1.相容剂对阻隔性的影响
对非极性烃类具有较好阻隔性的树脂，往往具有较大的极性，与非极性的聚烯烃相容性不好。因此，合适的相容剂及其用量是获得层状共混物不可缺少的要素。只有在相容剂比较强烈的增容作用下，共混物两相间才具有良好的粘接力，层状分散形态才得以充分的稳定。相容剂一般包括离子型共聚物和改性聚烯烃接枝共聚物。相容剂的加人量不宜太大，用量太大会使层状结构被侵蚀分散面形成“海岛”结构，起不到提高材料阻隔性的作用。有研究采用HDPE/PA层状共混技术制备出了二甲苯德透率仅为0.3%的阻隔性容器，他们尝试了不采用相容剂和分别采用化学改性PE、化学改性PP离聚物为相容剂的情形，得到的产品在常温下放置28d的二甲苯沙透率分别为2.35%、0.64%、0.91%和0.75%.可见采用基体树脂接枝物作为相容剂效果最好。有研究者以Zn2+离聚物为相容剂制取了EVOH/HDPE层状共混物，所得材料在高湿度环境下具有良好的力学性唐和阻隔性。另有研究以HDPE-g-MAH为相容剂制备了HDPE EVOH高用隔性材料，研究r相容州的制备及其用量对材料形态结构的影响，研究证实相容剂的加人能在较大程度上改变EVOH与HDPE的熔体黏度比，并提高EVOH的弹性，使之更容易分散于HDPE中发生形变而龙成层状分布形态，当阻隔母粒中相容剂太多时，最有利于调整分散相与基体相的熔体比接近1，但同时会造成分散相的熔体弹性太大，也不利于层状形态结构的形成，反而还会使共混体系的流变性能受到影响.
有研究采用EAA (乙烯-丙烯酸共聚物)、EVAA (乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)为相容剂制取了HDPE/PET层状分散合金，研究了层状分散合金亚微相态与相容性的美系，得出如下结论: PET层化趋势随体系相容性的增大而增强，但当相容剂含量超过一定值时，层状分散相态从中间开始被破坏，由此提出了层化相容区的概念。
2.两相熔体 黏度比对阻隔性的影响
对于共混型HDPE/PA 6层状阻隔材料面言，PA 6以层状结构均勾分布在聚乙烯基体中，有利于阻隔性能的提高，而PA 6分散相与HDPE连续相之间的熔体黏度越接近，越有利于两相界面的黏合，两相界面之间良好的黏合直接决定了均匀PA 6层状形态的形成。
有研究者则认为要使分散相能以层状分布，分散相的黏度应高于连续相，面另外的文献结果表明，为了获得分散相液滴较大的形变，必须使两相黏度比足够大，这主要是由于在共混型中空容器的成型过程中，分散相层状结构的形成比较复杂，影响因素多，所以研究结果也不太一致。
3.成型加工条件对阻隔性的影响
(1)加工温度的影响聚合物熔体 陆度不仅受剪切作用大小的影响，而且还依赖于温度。因此，要使分散相的熔体黏度比连续相高，除了通过选择合适的共混组分外，合理的加工温度是制取层状共混物制品的关键。合理的加工温度有利于阻隔树脂以层状结构分散于基体树脂中，加工温度的确定主要与阻隔树脂的种类有关。如选择PA6为阻隔树一般加工温度在235C左右。有研究者认为选择合理的加工温度(约240°C)使PA6分胶相的黏度高于PE的黏度，有利于分散相层状结构的形成。在制备HDPE/PA 6中空容器时，温度超过235°C时，成型困难，PA 6难以形成层状结构，阻隔性能下降。
(2) 剪切力的影响在共混体 系熔融两相流动中，分散相球形颗粒爾要受到适当的剪切，才能被拉伸变形。剪切力太小，不足以使分散相液滴取向、变形、拉伸；剪切力太大，又会使分散相液滴破碎成细小均匀的液滴，而且当剪切力过大时，会使两相产生不稳定湍性流动。一般认为，过高的螺杆转速，使共混物承受的剪切速率大，分散相容易细化，阻隔性能下降；螺杆转速太低，剪切速率小，不足以使分散相液滴产生变形、取向。有研究结果表明:随着挤出机螺杆转速的增加，HDPE/PA6中空容器的阻隔性能先下降后上升，存在最佳转速，且对于不同的分散相体积分数，其最佳转速也不同。
(3)混料方式的影响采用不同的混料方式对共混物的阻隔性能也有较大的影响。将HDPE、PA6、相容剂简单机械混合后加人到挤出机中挤出吹塑成型，其制品的阻隔性能较好:而将PA 6、相容剂先进行熔融混合制得母料，再与HDPE一起挤出吹塑成型，其制品对烃类溶剂的渗透率是前一种混料方式制得制品的5倍。
此外，由于HDPE和PA同属半结晶聚合物，它们共混后结晶行为的变化对制品的阻隔性能以及其他性能也有影响。
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