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淺談相容劑結(jié)構(gòu)在聚合物合金共連續(xù)結(jié)構(gòu)調(diào)控中的作用

2017年12月06日 11:38來源: >>進(jìn)入該公司展臺(tái)人氣:694


  在制備不相容聚合物合金時(shí),由于兩相界面的界面張力過大,少數(shù)相尺寸偏大,合金材料的各項(xiàng)性能都很差,此時(shí),相容劑的加入是必須的。一般來說,主要的界面相容劑有嵌段共聚物、接枝共聚物、無機(jī)納米粒子或Janus粒子。無論使用何種相容劑,其實(shí)現(xiàn)增容的前提是相容劑必須能穩(wěn)定存在于不相容體系的兩相界面上,而判斷增容效果的標(biāo)準(zhǔn)一般是少數(shù)相尺寸的大小。 施德安教授認(rèn)為:“很多情況下不僅要關(guān)注少數(shù)相的尺寸,而且還要關(guān)注其形狀。如何控制合金相形態(tài)結(jié)構(gòu)也是高分子合金制備過程中一個(gè)相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)。”
 
  在通常情況下,不相容體系或部分相容體系中的少數(shù)相都是以顆粒狀分散于連續(xù)相中,形成所謂的“海島”結(jié)構(gòu)。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商品化的聚合物共混體系大多都具有這種結(jié)構(gòu),比如常見的橡膠增韌塑料體系就是其典型代表。施德安教授介紹,在聚合物合金加工過程中,聚合物共混體系中的分散相在一定階段會(huì)形成拉長(zhǎng)的纖維狀或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu),然而,這種熱力學(xué)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)通常壽命很短,隨著混合過程的進(jìn)行,拉長(zhǎng)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生破裂或者回縮,zui后形成海島結(jié)構(gòu);但如果這種拉長(zhǎng)的熱力學(xué)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)存在的時(shí)間能夠被延長(zhǎng),其在加工過程中會(huì)發(fā)生聚并而在原來的連續(xù)相中形成另外一個(gè)三維的連續(xù)相,得到具有共連續(xù)結(jié)構(gòu)的共混物。與普通的海島結(jié)構(gòu)聚合物合金相比,具有共連續(xù)結(jié)構(gòu)的共混體系的拉伸強(qiáng)度大于具有相似組成的海島結(jié)構(gòu)體系,而且大于各組分強(qiáng)度的簡(jiǎn)單加成;而且對(duì)于具有共連續(xù)結(jié)構(gòu)的體系,人們很容易用選擇性溶劑將其中的一相抽去掉,得到多孔材料,比如多孔膜可以充當(dāng)過濾,及其他的一些功能性的應(yīng)用。制備共連續(xù)結(jié)構(gòu)合金一直是共混改性領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。由于不相容體系共連續(xù)結(jié)構(gòu)是熱力學(xué)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu),其在混煉過程中形成的難易程度由拉長(zhǎng)的少數(shù)相粒子壽命及其聚并難易程度決定。拉長(zhǎng)相壽命越長(zhǎng),聚并越容易,則共連續(xù)結(jié)構(gòu)越容易形成。因此,在兩相粘度比及其它加工條件合適的情況下,如何通過增容劑結(jié)構(gòu)的調(diào)控來延長(zhǎng)分散的拉長(zhǎng)相結(jié)構(gòu)的壽命且不阻礙其聚并是得到共連續(xù)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。
 
  施德安教授認(rèn)為,不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的嵌段或接枝共聚物在熱力學(xué)上有利于形成大曲率半徑的界面,且較短鏈段的存在有利于少數(shù)相粒子的聚并和形成共連續(xù)結(jié)構(gòu);然而界面處較短鏈段的存在會(huì)使得界面纏結(jié)度降低,界面強(qiáng)度下降,不利于剪切應(yīng)力的傳遞,使得少數(shù)相粒子在剪切過程中很難被拉長(zhǎng),一般加工條件下共連續(xù)結(jié)構(gòu)仍然難以形成。而且具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的共聚物相容劑很容易在其長(zhǎng)鏈的一相中形成膠束而失去增容的作用,這也是影響共連續(xù)結(jié)構(gòu)形成的因素之一。實(shí)踐證明,只用單一不對(duì)稱結(jié)構(gòu)相容劑,需要在高溫(玻璃化溫度或熔點(diǎn)以上)長(zhǎng)期退火才能得到具有共連續(xù)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物,沒有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
 
  施德安教授提出將具有對(duì)稱和不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的共聚物增容劑并用,一定含量的對(duì)稱結(jié)構(gòu)相容劑分子存在于兩相界面處,有利于界面應(yīng)力的傳遞,使得少數(shù)相粒子容易被拉長(zhǎng),而界面處不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的相容劑分子又能有效穩(wěn)定這種拉長(zhǎng)的少數(shù)相粒子,從而在加工過程中成功得到了具有共連續(xù)結(jié)構(gòu)的聚合物合金。
 
  無論是形成海島結(jié)構(gòu)還是共連續(xù)結(jié)構(gòu),相容劑分子都必須處于兩相界面處,才能起到相應(yīng)的增容作用。因此,很多相容劑失效的事例其實(shí)可能并不是相容劑分子本身不適合,而是由于其分子結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的基體不匹配(如分子量差異懸殊)或者加工條件選擇不合適(強(qiáng)剪切將相容劑分子從兩相界面處拉出)等因素造成的。
 
  對(duì)于相容劑的生產(chǎn)廠家而言,一方面要根據(jù)客戶的需要設(shè)計(jì)出不同結(jié)構(gòu)的,適應(yīng)不同體系的相容劑,另一方面還必須培養(yǎng)一批業(yè)務(wù)過硬的技術(shù)服務(wù)人員,能幫助客戶解決相容劑使用過程中出現(xiàn)的問題。例如同樣的相容劑產(chǎn)品時(shí),可能A客戶用得很好,B客戶使用起來卻不一定好。而A、B兩個(gè)客戶的基體樹脂種類也是相同的。以POE-g-MAH增韌玻纖增強(qiáng)的PA6為例,PA6基體樹脂的粘度對(duì)POE-g-MAH在復(fù)合體系中的分布情況會(huì)有很大影響,從而也會(huì)影響到材料的zui后性能。因此,針對(duì)不同的基體樹脂,要選用流動(dòng)性不同的POE-g-MAH。
 
  “同一種相容劑在不同的體系,可能起的作用*不一樣。這既是相容劑行業(yè)的一大挑戰(zhàn),也是它的重要機(jī)遇,”施德安教授總結(jié)道,“對(duì)于相容劑廠家而言,比產(chǎn)品更重要的是服務(wù)。如果能跟上客戶產(chǎn)品的升級(jí)換代步伐,及時(shí)解決客戶在產(chǎn)品使用上的問題,相容劑生產(chǎn)廠商將在市場(chǎng)上立于不敗之地!”
 
  
關(guān)鍵詞:相容劑 橡膠 POE PA PA6
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