Реактивная совместимость

Реактивная компатибилизация — это процесс модификации смешанной несмешивающейся смеси полимеров для остановки разделения фаз и обеспечения образования стабильной, долговременной непрерывной фазы. Это делается путем добавления реакционноспособного полимера, смешивающегося с одним компонентом смеси и реагирующего с функциональными группами второго компонента, что приводит к образованию «на месте» блок-сополимеров или привитых сополимеров.

Большое количество коммерческих полимерных продуктов получают путем смешивания двух или более полимеров для достижения благоприятного баланса физических свойств. Однако, поскольку большинство полимерных смесей не смешиваются, редко можно найти пару полимеров, которые оба смешиваются и имеют желаемые характеристики. Примером такой пары является смешивающаяся смола NORYL ™, смесь поли(фениленоксида) и полистирола. Несмешивающиеся смеси будут разделяться по фазам и образовывать дисперсную фазу, что может улучшить физические свойства (рис. 1). Упрочненный каучуком нейлон компании DuPont состоит из мелких частиц поли(цис-изопрена) ( натурального каучука ) в нейлоновой матрице, которые делают материал более прочным, останавливая распространение трещин.

Смешиваемость полимерных смесей

Гиббса , Свободная энергия смешивания $\Delta G_{(}mix)=\Delta H_{(}mix)-T\Delta S_{(}mix)$, должно быть отрицательным, чтобы смесь могла смешиваться. Согласно теории Флори-Хаггинса , пересмотренной теории регулярных растворов, изменение энтропии на моль узлов решетки смешения полимера 1 и полимера 2 равно

$\Delta S_{(}mix,blend)=-R\left({\phi _{1} \over x_{1}}\ln \phi _{1}+{\phi _{2} \over x_{2}}\ln \phi _{2}\right)$

, где ΔS — изменение энтропии смешения, R — газовая постоянная , Φ — объемная доля каждого полимера, а x — количество сегментов каждого полимера. x ₁ и x ₂ увеличиваются с увеличением степени полимеризации и, следовательно, молекулярной массы. Поскольку большинство полезных полимеров имеют высокую молекулярную массу, изменение энтропии, возникающее при смешивании двух больших полимерных цепей, очень мало и обычно не приводит к тому, что свободная энергия Гиббса становится достаточно низкой, чтобы обеспечить смешиваемость.

Совместимость

Большинство перерабатываемых полимерных смесей состоят из дисперсной фазы в более сплошной матрице другого компонента. Формирование, размер и концентрация этой дисперсной фазы обычно оптимизируются с учетом конкретных механических свойств. Если морфология не стабилизирована, дисперсная фаза может объединиться под действием тепла или стресса со стороны окружающей среды или дальнейшей обработки. Такое слияние может привести к ухудшению свойств (хрупкости и обесцвечиванию) из-за индуцированного разделения фаз. Эти морфологии можно стабилизировать за счет достаточной межфазной адгезии или снижения межфазного натяжения между двумя фазами.

Обычный метод включает функционализацию одного мономера. Например, ленты из нейлоновой резины полимеризуются с функционализированной резиной для получения привитых или блок-сополимеров. Добавленные структуры делают нежелательным слияние и/или увеличивают стерические препятствия в межфазной области, где могло бы произойти разделение фаз.