什么是聚合物之間的相容性
化學(xué)先生 / 2019-09-09
聚合物之間的互溶性(misibiliy 亦稱相容性，與低分子物中溶解度(sotubliy)相對(duì)應(yīng)，是指聚合物之間熱力學(xué)上的相互溶解性。
聚合物之間的混溶性Ccompatbility)則是起源于乳液體系各組分相容的概念，是指聚合物之間容易相互分散而制得性能良好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的共混物的能力，是聚合物共混工藝性能的種表達(dá)形式。
相容性與混溶性并不完全一致， 例如兩種聚合物熔體的黏度比與熱力學(xué)相容性并無直接關(guān)系，但對(duì)混溶性卻是很重要的參數(shù)。因此，前者也稱為熱力學(xué)相容性(thermodynamic compatibil-ty)，后者則稱為工藝相容性(technologic compatiblity) 或工程相容性(engineeringcompatiblity),不過，總的來說，聚合物之間良好的互溶性是良好的相容性的基礎(chǔ)。
聚合物之間究 竟達(dá)到什么程度上的混合才算是熱力學(xué)相容?回答這個(gè)問題比小分子的溶解性要復(fù)雜得多。
當(dāng)前一個(gè)突出問題是相容性的實(shí)驗(yàn)判據(jù)不夠明確。目前，無論在科學(xué)研究中還是工程應(yīng)用上，普避采用測定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的方法來判別聚合物之間的相容性。若實(shí)驗(yàn)測得共混物有兩個(gè)Te,可認(rèn)定共混物是不相容體系；但如果只測得一個(gè)Tg,是否真正相容尚很難下結(jié)論，這就涉及聚合物之間相容性的判別標(biāo)準(zhǔn)。如果用小分子溶解性的標(biāo)準(zhǔn)來衡量，聚合物間應(yīng)達(dá)到鏈節(jié)水平的隨意混合才能稱得上真正的互溶，因?yàn)殒湽?jié)與小分子尺寸相當(dāng)。而事實(shí)上，Tg只反映了聚合物鏈段的運(yùn)動(dòng)特征。因此通常把聚合物之間在鏈段級(jí)上的混合就稱為相容，即混合的基本單元是鏈段。只要測定的精確度達(dá)到和鏈段尺寸相當(dāng)，該方法就可用來判別聚合物間的相容性。用玻璃化溫度法測定相容性，正是基于這個(gè)認(rèn)識(shí)。因此，從事工程技術(shù)方面的人認(rèn)為，共混體系中微區(qū)尺寸小于10~15nm (相當(dāng)于鏈段的尺)就認(rèn)為是相容體系。但對(duì)基礎(chǔ)理論研究來說，這樣的相容“尺度”似乎太大了。隨著近代測試技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已能測出2~4nm分散相微區(qū)的存在，相容的判定“尺度”也將會(huì)變小。因此，聚合物共混物相容性判據(jù)問題的真正解決，還有待實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，至今尚無明確的判別標(biāo)準(zhǔn)。正是由于各種測試方法對(duì)特定對(duì)象的“尺度”理解不同，所以有時(shí)對(duì)同一個(gè)秀混體系的相容性用不同的測定方法會(huì)有不同的結(jié)論。
兩種聚合物共混從熱力學(xué)相容到宏觀上兩者完全分離、析出，這之間還有著相容程度的概念，并不像低分子溶質(zhì)溶劑混合那么簡單明確。很多具有兩相結(jié)構(gòu)的聚合物共混物，它們是熱力學(xué)不相容體系，但又不是兩種聚合物完全分離的體系，而是一種聚合物以微區(qū)形式均勻分散于另一種聚合物的基體中，這樣的共混物在兩相界面存在著過渡層(兩種聚合物分子共存)。也可以說，在過渡層的小范圍內(nèi)兩種分子是相容的，而整個(gè)共混物又是分相的，所以也稱這類共混物具有一定程度的相容。大部分聚合物共混物都是這種有一定程度相容的共混體系。它們在動(dòng)力學(xué)上是相對(duì)穩(wěn)定的，在使用過程中不會(huì)發(fā)生分離現(xiàn)象;具有這種意義上的相容性即為工藝相容性。它著重從工藝的角度評(píng)價(jià)兩種聚合物的可混程度、均句分股性和宏觀穩(wěn)定性。一般情況下， 符合工藝相容性要求的共混體系，其力學(xué)性能都較原聚合物有所改進(jìn)。
此外，也可以共混物力學(xué)性能改進(jìn)的程度來評(píng)價(jià)相容性，把共混后力學(xué)性能獲得明顯改進(jìn)的體系，稱為力學(xué)相容體系、實(shí)際上，工藝相容和力學(xué)相容，兩者設(shè)有實(shí)質(zhì)性的區(qū)別，只是從不同的角度考虛需要注意的是，通常評(píng)價(jià)共混體系的相容性，有相容性好或相容性差的說法，多數(shù)是指力學(xué)相容性成工藝相容性面言。
還應(yīng)指出，不能把強(qiáng)化共混操作或延長共混時(shí)間看作是改變聚合物之間相容性的方法，這些措施只能滿足兩種聚合物充分混合的條件，而不可能使不相容體系轉(zhuǎn)變成相容體系。側(cè)如PS和PMMA進(jìn)行熔融共混，不管混練時(shí)間多長，共混的強(qiáng)度多大，其產(chǎn)物總是不相容的；面PS和PPO共混，即使所用混合器的轉(zhuǎn)速再慢，共混后存放時(shí)間再長，最終產(chǎn)物仍是均相聚合物共混物，因?yàn)橄嗳菪允怯删酆衔锏臒崃W(xué)性決定的，除非采用特殊措施，相容性是不可改變的。
聚合物之間的互溶性是選擇適宜共混方法的重要依據(jù)， 也是決定共混物形志結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)鍵因素之一。
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