共混物的相容性(精)

共混物的相容性

学校名

称：广东轻工职业技术学院院系名

称：轻化工技术学院

时

间：2017年4月28日

1．相容性的概念

相容性是指共混物各组分彼此相互容纳，形成宏观均匀材料的能力，共混物性能的好坏与它们之间的相容性大小有很密切的关系：相容性好，则所形成的共混物稳定；反之，两种聚合物之间则可能发生相分离，性能较差。

不同聚合物之间相互容纳的能力差别很大。不同种类聚合物共混时可能出现三种形态：即完全相容、部分相容和不相容。

完全相容的聚合物共混体系，其共混物可形成均相体系，因而它具有单一的T

g

，如图4-1(a)所示。部分相容的聚合物，其共混物为两相体系，其共混物具有

两个T

g ，且两个T

g

峰较每一种聚合物自身的T

g

峰更为接近，如图4-1(b)所示。

还有许多聚合物之间是不相容的，不相容聚合物的共混物也有两个T

g

峰，但两

个T

g 峰的位置与每一种聚合物自身的T

g

峰是基本相同的，如图4-1(c)所示。

图4-1以T

g

表征共混物相容性的示意图

——单一聚合物 ------- 共混物

在聚合物共混体系中，最具应用价值的体系是聚合物间“部分相容”的两相

体系。良好的相容性，是聚合物共混物获得优异性能的一个重要前提。共混体系的热力学相容性及共混加工过程中的动力学因素对研究共混体系的形态与结构有着及其重要的意义。

2．热力学相容性

聚合物热力学相容性是指两种高聚物在任何比例时都能形成稳定的均相体系的能力。因此，若要使两种聚合物相互溶解，在恒温恒压下聚合物混合时必须

是自由能减少，即△G ＜0。而体系自由能的变化取决于混合时焓的变化(△H m )和熵的变化(△S m )，以及混合时的温度(T)，即应满足：

△G ＝△Hm —T △Sm ＜0 式4-1 式4-1也可用于判定热力学相容是否成立。 在式4-2中，对于两种聚合物的共混：

△

S m

＝

—

R(n 11n

1

φ+ n 21n

2

φ)

式4-2

式中：n 1，n 2 —— 两种聚合物的物质的量

1φ，2φ —— 两种聚合物的体积分数

R —— 气体常数

由式4-2可以看出，△S m 为正值，即在混合过程中，熵总是增加的。但是，对于大分子间的共混，熵的增加是很小的，且聚合物相对分子质量越高，熵的变化就越小。这时，△S m 的值很小，甚至接近于0。

Scott 使用溶解度参数δ来判定聚合物之间的热力学相容性：

△H m ＝V m (δ1—δ2) 21φ2φ 式

4-3

式中 δ1，δ 2 —— 两种聚合物的溶解度参数 V m ——共混物的摩尔体积 1φ，2φ——两种聚合物的体积分数

为满足热力学相容的条件，即△H m —T △S m ＜0，且△S m 的值很小，甚至接近于0，从式4-3中可以看出，δ1与δ2必须相当接近，才能使△H m 的值足够地小。因此，δ1与δ2之间的差值，就成了判定热力学相容性的判据。常见聚合物的溶解度参数如表4-3所示。

表4-3 聚合物的溶解度参数值

聚合物溶解度参数δ/(J/cm)

聚乙烯16.1~16.5

聚丙烯16.3~17.3

聚苯乙烯17.3~18.6

聚氯乙烯19.2~19.8

聚甲基丙烯酸甲酯18.9~19.4

尼龙627.6

聚丙烯腈26.0~31.4

利用溶解度参数相近的方法来判定两种聚合物之间的相容性，可用于对两种聚合物的相容性进行预测，具有一定价值。但是，这一方法也有一定缺陷：其一，此法在预测小分子溶剂对于高聚物的溶解性时，就有一定的误差，用于预测大分子之间相容性，误差就会更大；其二，对于聚合物共混物两相体系而言，所需求的只是部分相容性，而不是热力学相容性。一些达不到热力学相容的体系，仍然可以制备成具有优良性能的两相体系材料；其三，对于大多数聚合物共混物而言，尽管在热力学上并非稳定体系，但其相分离的动力学过程极其缓慢，所以在实际上是稳定的。尽管溶解度参数法有如上不足，这一方法仍然可以在选择聚合物对进行共混时用作初步筛选的参考。

3．工艺相容性

从热力学上讲，目前绝大多数聚合物共混都是不相容的，即很难达到分子或链段水平的混合。但由于聚合物的相对分子质量很高，黏度特别大，靠机械力场将两种聚合物强制分散混合后，各相自动析出或凝聚的现象也很难产生，故仍可长期处于动力学稳定状态，并可获得综合性能良好的共混体系。这称为工艺(广义)相容性。

由此看来，工艺(广义)相容性仅仅是一个工艺上相对比较的概念。其含义是指两种材料共混时的分散难易程度和所得共混物的动力学稳定性。对于聚合物而言，相容性有两方面的含义：一是指可以混合均匀的程度，即分散颗粒大小的比较，若分散得越均匀、越细，则表示相容性越好；另一方面是指相混合的聚合物

分子间的作用力，即亲和性比较，若分子间作用力越相近，则越易分散均匀，相

容性越好。这种广义相容性概念比狭义的相容性应用更为普遍。