聚合物共混物的相容性及相分离

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1、第4期高分子通报·75·聚合物共混物的相容性及相分离1211赵孝彬，杜磊，张小平，郑剑（1.中国航天科技集团公司四院四十二研究所，湖北襄樊441003；2.上海航天局科技委，上海200233）摘要：综述了聚合物共混物相容性和相分离的研究现状。介绍了聚合物共混物的相容性理论、影响相容性的因素及改善相容性的方法和表征相容性的手段。聚合物共混物的相分离机理制约着材料的性能，旋节分离和成核-增长相分离分别形成不同的形态结构。旋节分离和成核-增长相分离所对应的动力学过程是不同的，散射光强与相分离时间分别满足指数和幂指数关系。关键词：聚合物共混物；相容性；热力学；相分离；动力学前言聚合物

2、的共混改性是高分子材料科学与工程领域中的一个重要分支。将不同种类的聚合物采用物理或化学的方法共混，不仅可以显著改善原聚合物的性能，形成具有优异综合性能的聚合物体［1］系，而且可以极大地降低聚合物材料开发和研制过程中的费用，降低成本。目前，开发性能优异的单体已经愈来愈困难，一种工业化的新型聚合物从研制到生产需高达两亿美元的投资；而研制并［2］工业化生产一种新型聚合物共混物则只需数百万美元。因此聚合物的共混改性对于获得综合性能较为理想的高分子材料，提高材料的使用性能、改善加工性能、制备新型材料满足某种特殊的需要、降低生产成本都具有非常重要的意义。自从本世纪40年代丁氰橡胶改性聚氯

3、乙烯和橡胶增韧聚苯乙烯的开发成功并且工业化生产，已经有上百种重要的聚合物共混物相继问世。近年来国内［3~5］外对聚合物共混改性的理论和实验研究十分活跃，并且取得了一些重要的进展。聚合物共混物的相容性是选择合适共混方法的重要依据，也是决定共混物形态结构和性能的关键因素。有效地控制聚合物共混物的相分离程度，可以赋予材料以特殊的性能，满足特定的要求。因此研究聚合物共混体系的相容性及相分离结构对于改善和提高材料的性能具有重要意义。1聚合物共混物的制备方法及分类聚合物共混物的制备方法主要有机械共混法、共溶剂法、乳液共混法、共聚-共混法和互穿聚合物网络技术。聚合物共混根据所应用聚合物的种

4、类可以分为橡胶共混、塑料共混及橡胶和塑料并用；根据所形成聚合物共混物的相态可以分为均相共混物和多相共混物；根据制备工艺的不同可以分为物理共混、共聚共混、交联聚合及复合等。交联聚合技术包括形成互穿网络聚合物（IPN）和AB［6］交联聚合物（ABCP），交联聚合形成的是一种特殊的聚合物共混物。由于聚合物共混物具有优越的性能，因此聚合物共混改性的研究工作引起广泛的重视。聚碳作者简介：赵孝彬（1973—），男，山东定陶人，工程师、博士生。1998年毕业于中国航天科技集团公司四院四十二研究所，获火箭发动机专业硕士学位。主要从事复合固体推进剂性能研究，已在国内外学术期刊发表论文十余篇。·

5、76·高分子通报2001年8月酸酯（PC）是聚合物共混改性中应用较多的一种聚合物，目前世界上已有数十种聚碳酸酯的改性产［7］品实现商业化。应用较多的如聚碳酸酯增韧聚乙烯（PC/PE）、聚碳酸酯增韧橡胶弹性体（PC/Eias-［8］［9］tomer）、聚碳酸酯与聚砜（PC/PSF）共混改善聚砜的加工流动性和聚碳酸酯的耐应力开裂性能、［10］聚碳酸酯与聚醚砜（PC/PES）共混改善其加工性能、增强其韧性等。此外，研究较多的共混体系还有聚氯乙烯/聚乙烯（PVC/PE）、聚氯乙烯/聚丙烯酸酯类弹性体（PVC/ACR）、羧化聚苯醚/聚苯乙烯（PPO/PS）等。2聚合物共混物的相容性由于

6、聚合物共混体系中各组分间的相容性是影响聚合物共混体系形态结构和性能的重要因［4］素，所以在设计和开发新型共混材料的过程中，首先要考虑共混体系的相容性问题。现代的相容性概念通常指聚合物在链段水平或分子水平上的相容，因此一般从热力学角度讨论其相容性。如果两种聚合物在热力学上是完全不相容的，那么共混时就会发生宏观的相分离，聚合物界面间的粘结力很低，没有实用价值；如果两种聚合物在热力学上完全相容，共混物为均相体系，其最终性能一般为原始聚合物性能的加和。实践中发现这种均相体系并不利于提高材料的力学性能，而某些具有相分离结构的聚合物共混体系则具有优异的性能。根据聚合物共混理论，对于性能优

7、异的聚合物共混物，应具有宏观均匀而微观相分离的形态结构，即形成具有较强界面作用的部分相容体［11］系。!"#聚合物共混物相容性理论的研究现状聚合物共混物之间的相容性直接关系到共混体系的加工性能、形态结构和使用性能。因此自从聚合物共混物问世以来，相容性问题一直是聚合物共混研究的一个重要组成部分。目前已经发［12］［13］展了很多关于聚合物共混相容性的理论，如Fiory-huggins理论、状态方程理论、气体晶格模型［1］［2］［2］理论、强相互作用模型理论、混合热理论等。上述各种理论都还存在着各自的不足，