Полимерные смеси: ХиМиК.ru — СМЕСИ ПОЛИМЕРОВ — Химическая энциклопедия

Смеси полимеров | Полимерные композиционные материалы

Полимеры смешивают для получения полимерных материалов с новыми улучшенными свойствами и расширения ассортимента полимерных материалов. Благодаря смешению удается улучшить самые разнообразные свойства полимеров: механические, реологические, теплофизические, фрикционные, диффузионные и другие. Смешение полимеров пока не имеет столь широких возможностей для изменения свойств полимеров, как химический синтез, но смешение полимеров это более простой путь создания новых полимерных материалов, чем путь химического синтеза. Читать далее »

Опубликовано в Смеси полимеров

Единственным фактором, отличающим термодинамику смешения полимеров от термодинамики смешения низкомолекулярных жидкостей, является большой молекулярный вес компонентов. Рассмотрим термодинамику смешения двух высокомолекулярных жидкостей.
При смешении полимеры могут образовать истинный раствор. Условием образования такого раствора является выполнение известного неравенства:

?Gсм = ?H – T?S < 0
где ?Gсм – свободная энергия смешения Гиббса, ?Н – теплота смешения, ?S – энтропия смешения, Т – температура. Читать далее »

Опубликовано в Термодинамика смешения полимеров

Между полимерами несколько проще предсказать величину адгезионной прочности, чем между твердой поверхностью наполнителя и полимером.
Работа адгезии между фазами обратно пропорциональна натяжению между ними:

Wа = ?1 + ?2 – ?12 ,   Читать далее »

Опубликовано в Термодинамика смешения полимеров

Все двухфазные смеси полимеров по коллоидной структуре можно разделить на два типа: обычные дисперсии (или эмульсии) и смеси с двумя непрерывными фазами (матричная структура) Читать далее »

Опубликовано в Структура гетерогенных смесей полимеров

Из-за высокой вязкости полимеров в них весьма сложно создать турбулентное течение. Поэтому при смешении полимеров их взаимное диспергирование происходит в основном по механизму ламинарного смешения следующим образом. Под действием напряжения сдвига одна вязкотекучая жидкость вытягивается в среде другой жидкости в тонкий цилиндр (жидкую нить). Действующее на цилиндр при смешении напряжение сдвига пропорционально его диаметру. Вследствие упругости вязкотекучего полимера и наличия поверхностного натяжения он сопротивляется вытягиванию, и при определенном диаметре цилиндра может наступить равновесие сил вытягивания и сжатия. Это ограничивает минимальный размер жидкого цилиндра. Такой жидкий цилиндр не может существовать бесконечно долго. Под действием сил поверхностного (межфазного) натяжения жидкий цилиндр разделяется на множество капелек, подобно тому, как разделяется на капли тонкая струйка воды в среде воздуха. Чем больше межфазное натяжение, тем быстрее цилиндр разделяется на капли, и тем больше будет размер образующихся капель дисперсной фазы (рис.б).  Читать далее »

Опубликовано в Механизм смешения полимеров и размер полимерных частиц

Выше было показано, что смеси полимеров, как правило, гетерогенны. Поэтому здесь будут рассмотрены механические свойства двухфазных смесей полимеров.

Механические свойства гетерогенных смесей полимеров очень сложным образом зависят от большого числа факторов. Но вместе с тем, свойства любой гетерогенной системы в наибольшей степени определяются свойствами дисперсионной среды, дисперсная фаза оказывает, как правило, второстепенное влияние. В наибольшей степени это правило справедливо для упругих и вязкостных свойств смесей, таких как модуль упругости, твердость, вязкость.

Читать далее »

Опубликовано в Механические свойства смесей полимеров

Как следует из вышеизложенного материала, наиболее высокие прочностные свойства смесь полимеров имеет при условиях, если ее структура представляет обычную дисперсию, модуль упругости матрицы больше модуля упругости дисперсной фазы, имеется высокая адгезия между фазами и размет частиц дисперсной фазы достаточно мал. При соблюдении этих условий и дополнительного условия, что модули упругости матрицы и дисперсной фазы отличаются в несколько раз, наблюдается, так называемое, явление «усиления» хрупких полимеров каучуками. Рассмотрим в чем оно проявляется и какова его сущность.

Читать далее »

Опубликовано в Механические свойства смесей полимеров

Термоэластопласт – это полимер, обладающий в условиях эксплуатации высокой прочностью и эластичностью как резины, но способный к многократной переработке при повышенных температурах как термопласт. Еще термоэластопласт (ТЭП) называют термопластичной резиной.

ТЭП получают путем смешения жесткого термопластичного полимера, способного, как правило, развивать большие вынужденно эластические деформации с эластомером. Концентрация эластомера в смеси составляет обычно 20 – 70 %.За счет эластомера термопластичный полимер приобретает б?льшую эластичность и сохраняет удовлетворительную прочность. При более высоком содержании эластомера смесевой ТЭП становится слишком непрочным.

Читать далее »

Опубликовано в Механические свойства смесей полимеров

Полимерные смеси на основе поливинилхлорида (обзор) | Лавров

1. Braun D. Recycling of PVC // Prog. Polym. Sci. – 2002. — № 27. – P. 2171-2195.

2. Leszek A., Utracki C., Wilkie A. Polymer blends Handbook. – Springer New York Heidelberg Dordrecht London, 2003. – 2378 p.

3. Руководство по разработке композиций на основе ПВХ. / Под ред. Гроссмана Р .Ф. Пер. с англ. под ред. Гузеева В.В. – СПб.: Научные основы и технологии, 2009. – 608 с.

4. Уилки Ч., Саммерс Дж., Даниелс Ч. Поливинилхлорид / Перевод с англ. под ред. Г. Е. Заикова. – СПб.: Профессия, 2007. – 728 с.

5. Wypych G. Handbook of plasticizers. – ChemTech Publishing Toronto – New York, 2004. – 687 p.

6. Varughese K.T., Nando G.B., De P.P., De S.K. Miscible blends from rigid poly(vinyl chloride) and epoxidized natural rubber // Journal of Material Science. – 1988. — № 23. – P. 3894-3902.

7. Ramesh S., Yahaya A.H., Arof A.K. Miscibility studies of PVC blends (PVC/PMMA and PVC/PEO) based polymer electrolytes // Solid State Ionics. – 2002. — № 148. – P. 483-486.

8. Paul D.R., Newman S. Polymer Blends. – Academic Press New York San Francisco London, 1978. – 501 p.

9. Suresh S.S., Mohanty S., Nayak S.K. Preparation of Poly (vinyl chloride) / Poly (methyl methacrylate) Recycled Blends: Eff ect of Varied Concentrations of PVC and PMMA in stability of PVC phase on the Recycled Blends // Materials Today: Proceeding. – 2018. — № 5. – P. 8899-8907.

10. Suresh S.S., Mohanty S., Nayak S.K. Preparation and characterization of recycled blends using Poly (vinyl chloride) and Poly(methyl methacrylate) recovered from waste electrical and electronic equipments // Journal of Cleaner Production. – 2017. — № 149. – P. 863-873.

11. Ash M., Ash I. Handbook of Plastic and Rubber Additives. – Synapse Information Resources, 2013. – 2139 p.

12. Wypych G. PVC formulary. – ChemTech Publishing Toronto, 2009. – 299 p.

13. Лавров Н.А., Белухичев Е.В. Использование сополимера этилена с винилацетатом в качестве совместителя поливинилхлорида с полиэтиленом низкой плотности // Все материалы. Энциклопедический справочник. – 2019. — № 5. – P. 19-22.

14. Marais S., Bureau E., Gouanve´ F., Ben Salem E., Hirata Y., Andrio A., Cabot C., Atmani H. Transport of water and gases through EVA/PVC blend fi lms-permeation and DSC investigations // Polymer Testing. – 2004. — № 23. – P. 475-486.

15. Kann Y., Padwa A. PVC Modifi cation with Biobased Poly(hydroxyalkanoates) // Journal of Vinyl & Additive Technology. – 2015.- № 21. – P. 259-271.

16. Kim J.K., Pal K. Recent Advances in the Processing of Wood-Plastic Composites. – Springer New York Heidelberg Dordrecht London, 2010. – 176 p.

17. Eastwood E.A., Dadmun M.D. Compatibilization of poly(vinyl chloride) and polyolefi n elastomer blends with multiblock/blocky chlorinated polyethylenes // Polymer. – 2002. – № 43. – P. 6707-6717.

18. Koning C., Van Duin M., Pagnoulle C., Jerome R. Strategies for compatibilization of polymer blends // Progress in Polymer Science. – 1998. – № 23. – P. 707-757.

19. Кулезнев В. Н. Смеси и сплавы полимеров / В.Н. Кулезнев. – СПб.: Научные основы и технологии, 2003. – 214 с.

20. Kroeze E., Brinke G., Hadziioannou G. Compatibilization of blends of low density polyethylene and poly(vinyl chloride) by segmented EB(SAN-block-EB)n block copolymers // Polymer. – 1997. – № 38. – P. 379-389.

21. Quig-Ye Z., Bang-Hua Z., Mou-Dao S., Bing-Lin H. Compatibiliz Eff ect of Poly(Hydrogenated Butadiene-Methyl Methacrylate) copolymer for PVC/LLDPE blends // Eur. Polym. J. – 1996. – № 32. – P. 1145-1150.

22. Francis J., George K.E., Joseph R. Chemical modifi cation of blends of poly (vinyl chloride) with linear low density polyethylene // Eur. Polym. J. – 1992. – № 28. – P. 1289-1293.

23. Fang Z., Xu C., Bao S., Zhao Y. In situ crosslinking and its synergism with compatibilization in polyvinyl chloride/polyethylene blends // Polymer. – 1997. – № 38. – P. 131-133.

24. Kurian P., George K.E., Francis D.J. Radiation Crosslinking of HDPE/LLDPE Blends in the Presence of Dicumyl Peroxide // Journal of Elastomers & Plastics. – 1993. – № 25. – P. 12-21.

25. George K.E., Francis D.J. Studies on PVC/LLDPE Blends // Journal of Elastomers & Plastics. – 1992. – № 24. – P. 151–166.

26. Akovali G., Torun T.T., Bayramli E., Erin N.K. Mechanical properties and surface energies of low density polyethylene-poly(vinyl chloride) blends // Polymer. – 1998. – № 39. – P. 1363-1368.

27. Энциклопедия полимеров. / Под ред. Каргина В.А. – М.: Сов.энц., 1972. – 1224 с.

28. Behboudi A., Jafarzadeh Y., Yegani R. Polyvinyl chloride/ polycarbonate blend ultrafi ltration membranes for water treatment // Journal of Membrane Science. – 2017. – № 534. – P. 18-24.

29. Muthu S.S. The Carbon Footprint Handbook. – CRC Press, 2016. – 533 p.

30. Sin L.T., Rahmat A.R., Rahmat W.A. Polylactic Acid – PLA Biopolymer Technology and Application. – Plastic Design Library, 2012. – 341 p.

31. Reddy C.S.K., Ghai R., Rashmi Kalia V.C Polyhydroxyalkanoates: an overview // Bioresource Technology. – 2003. – № 87. – P. 137– 146.

32. Лавров Н.А., Ксенофонтов В.Г., Белухичев Е.В. О механизме стабилизации поливинилхлорида (обзор) // Пластические массы. – 2016. — № 11-12. – P. 16–20.

Смешиваемые полимерные смеси

Ключевые слова
аморфный, сополимер, энтропия, водородная связь

Полимеры обычно не смешиваются

Иногда нам нужен материал, обладающий некоторыми свойствами одного полимера и некоторых свойств другого. Вместо того, чтобы вернуться в лабораторию и пытается синтезировать совершенно новый полимер со всеми свойства, которые мы хотим, мы пытаемся смешать два полимера вместе, чтобы сформировать смесь который, мы надеемся, будет иметь некоторые свойства обоих в правильной комбинации.

Звучит достаточно просто, но оказывается, что смешивание двух разных видов полимеры могут быть действительно сложным делом. Видишь ли, очень редко два разных типа полимеров будут смешиваться друг с другом. Это не похоже имеет смысл. Взгляните на полиэтилен и полипропилен здесь. Нажмите на изображения моделей ниже если вы хотите поиграть с 3D-моделью каждого полимера.

Вы поверите, что эти два полимера не смешиваются? Почему это? Что случилось со старым правилом «подобное растворяется в подобном», которое вы выучили на уроках химии в средней школе? Оба они являются очень неполярными углеводородными полимерами. Они должны красиво смешиваться.

Но это не так. И да, есть причина, почему. Это связано с той старой виновницей энтропии. Энтропия — это имя, которое мы, ученые, называем беспорядком. Эту собаку зовут Энтропия. Просто произнесите рядом с ней слово «Фрисби», и вы получите хорошую демонстрацию того, что такое энтропия.

Это подводит нас к небольшому правилу, которое мы называем вторым законом термодинамика . Второй закон термодинамики гласит, что когда вещи меняются, они переходят от состояния порядка к состоянию беспорядка.

Заставить вещи измениться в другую сторону очень сложно. Легко испортить свою комнату, но трудно ее убрать. Легко разбить машину, но починить ее гораздо сложнее. Изменения в вашей комнате, в жизни, в полимерах с большей вероятностью произойдут, если то, что меняется, перейдет из состояния большего порядка в состояние меньшего порядка; то есть, если он переходит из состояния с меньшей энтропией в состояние с большей энтропией.

Итак, какое отношение энтропия имеет к полимерным смесям? Это потребует некоторого объяснения. Рассмотрим один тип полимера в аморфном состоянии. Когда он один, сам по себе, все его цепи беспорядочно и хаотично переплетаются друг с другом. Энтропия в аморфном полимере высока.

Это представляет проблему, если вы пытаетесь сделать смеси полимеров. Видите ли, одна из главных причин, по которой два соединения когда-либо смешиваются друг с другом, заключается в том, что они более неупорядочены, смешавшись вместе, чем по отдельности. Итак, смешиванию способствует второй закон термодинамики.

Но аморфный полимер сам по себе настолько неупорядочен, что на самом деле не приобретает такой большой энтропии, когда смешивается с другим полимером. Таким образом, смешение нежелательно.

Изготовление смеси полимеров

Это представляет собой проблему для потенциальных производителей полимеров. Без энтропии, заставляющей полимеры смешиваться, как мы сможем смешать два полимера? Чтобы это произошло, мы должны вернуться к первому закону термодинамики. Ага! Как и юристы, мы можем использовать один закон, чтобы обойти другой. Первый закон термодинамики гласит, что когда вещи меняются, они переходят из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией. Подумайте об этом так: легче заснуть, чем утром встать с постели. Или, если вам нужен физический пример, камень с вершины горы скатится к подножию горы легче, чем камень со дна скатится на вершину. (Я усвоил это на собственном горьком опыте, когда однажды летом занимался альпинизмом и чуть не погиб от падающего валуна.

)

Какое же тогда отношение этот первый закон термодинамики имеет к смешивание полимеров? Это: чтобы смешать два полимера, мы должны заставляют их иметь меньше энергии при смешивании, чем они были бы по отдельности. Позвольте мне использовать пример для иллюстрации. Два полимера, которые действительно смешиваются, это полистирол и поли(фениленоксид). Опять же, вы можете просмотреть 3D-модели, нажав на модельные изображения двух полимеров, справа и слева.

Как видите, оба этих полимера имеют ароматические кольца. Как вы можете знаете, ароматические кольца любят складываться, как маленькие шестиугольные фишки для покера. По этой причине эти два полимера любят ассоциироваться друг с другом. Поэтому они очень хорошо сочетаются.

Есть несколько других примеров пар полимеров, которые будут смешиваться. Вот список некоторых:

поли(этилентерефталат) с поли(бутилентерефталатом)

поли(метилметакрилат) с поли(винилиденфторидом)

Сополимеры

Но в большинстве случаев два полимера, которые вы хотите смешать, не будут смешиваемый. Таким образом, вы должны сыграть с ними некоторые трюки, чтобы заставить их смешиваться. Одним из них является использование сополимеров. Полистирол не смешивается со многими полимерами, но если мы используем сополимер, сделанный из стирола и p -(гексафтор-2-гидроксиизопропил)стирол, смешивание намного проще.

Видите ли, эти атомы фтора очень электроотрицательны, и они будут оттягивать электроны от всех ближайших атомов. Это оставляет водороду спирта очень мало электронов, что означает, что он остается с частичным положительным зарядом. Так что водород будет образовывать прочные водородные связи с любой группой с частичным отрицательным зарядом. Из-за этого легко получить смеси этого сополимера с поликарбонатами, поли(метилметакрилатом) и поли(винилацетатом). 2,3

Есть и другой способ использования сополимеров для облегчения смешения полимеров. Рассмотрим статистический сополимер стирола и акрилонитрила. Этот сополимер будет смешиваться с поли(метилметакрилатом) (ПММА). Вот где это становится странным. ПММА не смешивается ни с полистиролом, ни с полиакрилонитрилом.

Так почему же статистический сополимер смешивается с ПММА? Объяснение что-то вроде этого: стирольные сегменты и сегменты акрилонитрила статистического сополимера могут не любить ПММА, но они нравятся друг другу еще меньше. Сегменты стирола неполярны, тогда как сегменты акрилонитрила очень полярны. Таким образом, сегменты стирола и сегменты акрилонитрила смешиваются с ПММА, чтобы избежать контакта друг с другом.

Создание собственных смесей

Смеси обычно готовят двумя способами. Первый способ состоит в том, чтобы растворить два полимеров в том же растворителе, а затем подождите, пока растворитель не испарится. Когда весь растворитель испарится, на дне стакана останется смесь, предполагая, что ваши два полимера смешиваются.

Хотя этот метод отлично работает в лаборатории, он может стать дорогим, если вы попытаетесь сделать это в промышленных масштабах. Растворители недешевы, и если вы собираетесь испарять сотни или тысячи галлонов их, вам придется заплатить много денег. Не говоря уже о воздействии на окружающую среду выброса такого количества ваших токсичных растворителей в воздух или о дополнительных затратах на повторное улавливание всего этого растворителя, чтобы его можно было использовать повторно.

Таким образом, для изготовления смесей в больших количествах вы нагреваете два полимера вместе до тех пор, пока вы не превысите температуру стеклования обоих полимеров. На этом этапе они будут красивыми и липкими, и вы можете смешать их вместе, как смесь для торта. Это часто делается в таких машинах, как экструдеры. Когда ваш материал остынет, у вас снова будет хорошая смесь, если предположить, что ваши два полимера смешиваются.

Свойства смесей

Итак, на что похожи эти смеси? Как они себя ведут? В общем, смешивающаяся смесь двух полимеров будет иметь свойства где-то между двумя несмешанными полимерами.

Возьмем, к примеру, температуру стеклования, или Т г для краткости. Если мы возьмем полимер А и смешаем его с полимером Б, T г будет зависеть от соотношения полимера A и полимера B в смеси. Вы можете увидеть это на графике ниже.

Если полимер В имеет более высокую T г , чем полимер А, T г смеси увеличится по мере относительного количество полимера В в смеси увеличивается. Увеличение, как правило, линейный, как вы видите на графике. Но сюжет не идеально линейный. Иногда, если два полимера сильнее связываются друг с другом, чем с сами, T g будет выше ожидаемого, поскольку более сильное связывание снижает подвижность цепи. График будет выглядеть так, как вы видите на графике справа ниже.

Конечно, в большинстве случаев два полимера менее прочно связываются друг с другом, чем между собой, поэтому значения T g смесей обычно немного ниже, чем ожидалось. График T g будет выглядеть так, как вы видите выше слева.

Мы говорили о T g s до сих пор, но что справедливо для T g s обычно верно для других свойств. Механические свойства, устойчивость к химическим веществам, излучению или теплу; все они, как правило, построены таким же образом, как T g , относительно относительных количеств каждого полимера в смеси.

Это делает изменение свойств вашей смеси довольно простым. Когда вы меняете количество двух полимеров, вы меняете свойства. Это может быть очень полезно. Я буду использовать пример поли(фениленоксида), также известного как ПФО, для иллюстрации. PPO является очень термостойким полимером. Это замечательно. Людям нужны термостойкие материалы. Но у него есть некоторые недостатки. Это очень тяжело обрабатывать. Вы видите, это

тоже термостойкий. Аморфные полимеры обычно обрабатывают, нагревая их выше их T g s, чтобы они стали мягкими и липкими. Но с T g of 210 o C нагревать PPO достаточно, чтобы сделать его мягким и липким, не только сложно, но и дорого.

Введите полистирол. Помните, что полистирол и полипропилен прекрасно сочетаются друг с другом. Так как полистирол имеет T г только около 100 o C, смесь полистирола с ПФО капель T г смеси до температур, которые делают смесь намного более пригодной для обработки, чем чистый ПФО.

Вот полезная информация: Noryl TM , смесь полистирола и полистирола, которую продает Sabic (ранее производившаяся GE), использует особый вид полистирола, называемый ударопрочным полистиролом, или сокращенно HIPS. HIPS на самом деле представляет собой смесь полистирола и полибутадиена. Эти два полимера не смешиваются. Каучукообразный полибутадиен отделяется от полистирола. Но маленький капли эластичного полибутадиена делают HIPS, а Noryl TM , намного жестче. Мы называем смесь двух полимеров, таких как полистирол и полибутадиен, эта фаза разделяет несмешивающуюся смесь . Несмешивающиеся смеси на самом деле вовсе не смеси, потому что они разделяются по фазам, как вода и куриный жир в тарелке домашнего куриного супа. Но такие фазово-разделенные смеси тоже полезны, заметьте. Если вы хотите узнать о них больше, посетите раздел Несмешиваемый полимер. Страница смесей.

Смешивать или не сливать

Смесь нескольких пар полимеров. Большинство этого не делает. Но есть также пары полимеров, которые иногда смешиваются, а иногда нет. Переменными, которые можно контролировать, чтобы заставить их смешиваться или не смешиваться, обычно являются температура и состав. Многие пары полимеров смешиваются только тогда, когда одного полимера намного больше, чем другого. Будет ряд композиций, для которых два полимера не будут смешиваться. Например, предположим, что у нас есть два полимера, полимер А и полимер В. Допустим также, что они смешиваются, когда у нас менее 30% полимера В, и что они смешиваются, когда полимера В более 70%. Но между 30 и 70% полимера В, фаза смеси разделяется на две фазы. Вот график для тех, кто любит такие вещи:

Интересно, что в одной фазе будет 30 % полимера B, а в другой — 70 % полимера B. Этому есть причина. Если мы посмотрим на график зависимости свободной энергии от состава, то увидим, что эти два состава имеют более низкую энергию, чем любые другие составы. 4 Сначала одно замечание: мы, химики, обычно используем греческую букву f для обозначения относительного количества того или иного компонента в смеси любого типа, поэтому мы будем использовать f B вместо «% B». отсюда и далее.

Так что это самые стабильные композиции из возможных, и любая смесь от 30 до 70 % полимера B будет разделяться на фазу 30 % полимера B и фазу 70 % полимера B.

Но диапазон составов, в котором происходит фазовое разделение двух полимеров, не является постоянным. Он может меняться в зависимости от температуры. Для некоторых пар полимеров этот диапазон уменьшается с повышением температуры. В конце концов, если вы нагреете такую ​​пару достаточно сильно, этот диапазон несмешиваемости станет настолько мал, что исчезнет. Температура, при которой это происходит, называется верхняя критическая температура раствора или UCST. График справа показывает это. Перевернутая парабола является границей между теми температурами и составами, при которых имеется одна фаза, и теми, при которых происходит фазовое расслоение.

Но иногда происходит обратное. Для некоторых пар полимеров диапазон несмешиваемости уменьшается с уменьшением температуры. Если такую ​​пару достаточно охладить, в конце концов мы достигнем температуры, при которой диапазон становится настолько малым, что исчезает. Эта температура называется более низкая критическая температура раствора или НКТР. Если построить график зависимости несмешиваемости от температуры, график будет выглядеть как инверсия графика UCST, как вы можете видеть слева.

Теперь для вас, термодинамики, которые задаются вопросом, что происходит с нашим графиком зависимости свободной энергии от состава, когда мы пересекли UCST или LCST, и наша полимерная пара стала смешиваемой во всех составах, у нас есть график, показывающий именно это прямо здесь:

Этот сюжет требует некоторого объяснения. Представьте, если хотите, смесь полимеров А и В состава Z . Теперь представьте, что он разделяется на две фазы, одна из которых имеет состав X , а другая — состав Y . Как видите, две отдельные фазы имеют более высокую свободную энергию, чем одна фаза в составе Z , поэтому они менее стабильны, чем одна фаза в составе Z . Итак, если бы две отдельные фазы каким-то образом образовались, они спонтанно слились бы в одну фазу, состав которой, как вы уже догадались, равен 9.0021 З .

Каталожные номера

1. Икава, Т.; Абэ, К.; Хонда, К.; и Цучида, Э.; Дж. Полим. наук, полим. хим. Эд. , 1975, 13 , 1505.

2. Тинг, Э. П.; Pearce, E.M. and Kwei, T.K., J. Polym. науч. Полим. лат. Эд. , 1980, 18 , 201.

3. Пирс, Э. М.; Kwei, T.K. и Min, B.Y., J. Macromol. науч. хим. , 1984, 21 , 1181.

4. Коулман М.М., Граф Дж.Ф. и Пейнтер П. и др., Конкретный Взаимодействия и смешиваемость полимерных смесей , Technomic, 1991, стр. 20.

Вернуться в каталог третьего уровня
Вернуться к Справочник Макрогалереи

Полимерные смеси | Learnbin

Существуют различные типы гомополимеров с различными свойствами. Смешивание полимеров — это процесс, при котором создаются новые материалы с улучшенными свойствами гомополимеров. Смесь полимеров относится к классу материалов, состоящих как минимум из двух полимеров, которые смешиваются и обрабатываются для создания нового материала с другими свойствами.

Причины для смешивания :

Реклама

  • Разработка материалов с широким спектром свойств
  • Разбавление дорогостоящей инженерной смолы дешевыми полимерами
  • Некоторые полимеры дают синергетический эффект свойств при смешивании. (Высокоэффективные смеси)
  • Скорректировать состав в соответствии с требованиями заказчика
  • Переработка отходов промышленного/бытового пластика

Смеси полимеров сочетают в себе свойства своих компонентов, а также могут обладать уникальными свойствами, которых невозможно достичь при использовании только отдельных полимеров. Основным преимуществом смесей полимеров является возможность регулирования их потребительских свойств в широком диапазоне в соответствии с требованиями конкретных областей применения. Как многофазные материалы, на свойства полимерных смесей значительное влияние оказывает их фазовая структура.

Смесь полимеров может быть смешиваемой или несмешиваемой. Смешиваемые смеси не показывают никакого фазового разделения. Но он может иметь микрофазовое разделение. Самый распространенный тип – несмешивающиеся смеси. Они ясно показывают фазовое разделение. Однако между двумя фазами не происходит химической реакции.

Примеры полимерных смесей Реклама

  • Оксид полифенилена (PPO) и полистирол (PS)
  • Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) и полибутилентерефталат (ПБТ)
  • Полиметилметакрилат (ПММА) и поливинилиденфторид (ПВДФ)

Существует пять основных типов полимерных смесей:

  1. Смеси термопласт-термопласт
  2. Смеси термопластов и термореактивных материалов
  3. Смеси термопласта с каучуком
  4. Термореактивные смеси-резиновые смеси
  5. Смеси полимер-наполнитель

Смешивание — это рентабельный метод разработки полимерных материалов, обладающих универсальностью для коммерческого применения.

Методы смешивания

Полимеры нельзя легко смешать вместе и получить гомогенную смесь, хотя оба полимера полярны или оба неполярны. Потому что молекулы полимера представляют собой длинноцепочечные молекулы с высокой молекулярной массой, и эти молекулы сильно запутаны. В полимерной промышленности используются различные способы получения однородных полимерных смесей.

  • Механическое смешивание – это самый распространенный и дешевый метод смешивания. Для образования однородной полимерной смеси применяется высокое усилие сдвига. Механическое перемешивание приводит к тонкой дисперсии с диаметром капель менее 1 мкм. Для механического смешивания используются различные типы смесителей, такие как двухвалковые мельницы и внутренние смесители.
  • Растворение в сорастворителе – оба полимера растворяются в растворителе, в котором растворимы оба полимера. Этот полимерный растворитель можно использовать для отливки пленки, замораживания или распылительной сушки.
  • Переработка расплава – оба полимера нагреваются до точки плавления. В расплавленном состоянии полимеры легко смешиваются друг с другом. Но этот метод можно использовать только для полимеров с примерно одинаковыми температурами плавления.
  • Смешивание латекса – полимеры физически смешиваются, когда они находятся в латексном состоянии.
  • Взаимопроникающая сеть – Здесь мономер или мономеры одного полимера используются в качестве растворителя для другого полимера. Второй полимер должен растворяться в мономере других полимеров. После растворения происходит полимеризация. Это создает взаимопроникающую сеть из двух полимеров, и обычно два полимера неразделимы после полимеризации.

Advertisements

Морфология смесей полимеров

Морфология смесей полимеров определяет форму и организацию в масштабе выше атомного уровня, а также то, как они организованы в более сложные единицы. Морфология смеси полимеров определяется многими факторами, которые могут быть либо параметрами материала, либо условиями обработки.

Параметры материала

  • Состав смеси
  • Коэффициент вязкости
  • Коэффициент эластичности
  • Межфазное натяжение
  • Различия тепловых свойств

Условия обработки

  • Температура
  • Время
  • Интенсивность перемешивания
  • Характер течения
  • Скорость сдвига

Чтобы получить совместно непрерывную морфологию для смеси, отношение крутящего момента, измеренного во внутренней смеси для отдельного компонента, должно быть равно доле объемной доли отдельного компонента.

  • T A — Значение крутящего момента компонента A
  • T B — Значение крутящего момента компонента B
  • φ A — Объемная доля компонента A
  • φ B — Объемная доля компонента B

Развитие морфологии во время обработки в расплаве

Большинство полимерных смесей получают путем смешивания в расплаве порошков или гранул чистых компонентов. На начальной стадии процесса твердые частицы (окатыши) миллиметрового размера составляют

нагревается и подвергается сдвигу, так что материал плавится, а размер частиц уменьшается до микро- или даже нанодиапазона. Гранулы, соприкасающиеся с горячими стенками технологического устройства (например, экструдера), подвергаются высоким напряжениям сдвига и распадаются на тонкие листы или ленты. При длительных касательных напряжениях в листовой структуре образуются отверстия (ажурная структура). Эти ажурные структуры затем распадаются на частицы неправильной формы, которые, в свою очередь, распадаются дальше или превращаются в почти сферические частицы.

Этот механизм приводит к быстрому уменьшению размеров дисперсных частиц в течение первых нескольких минут перемешивания. На этом этапе, если минорный компонент смягчается раньше. Таким образом, он изначально образует непрерывную фазу. Затем основной компонент становится жидким, а структура меньшего компонента разрушается. То есть происходит инверсия фаз, так что основной компонент образует матрицу, окружающую дисперсные частицы второстепенной фазы. Время инверсии фаз зависит от соотношения вязкостей основных и второстепенных компонентов.

  • p — Коэффициент вязкости
  • η A — Вязкость компонента A
  • η B — Вязкость компонента B

Для смесей с p >0,1 инверсия фаз происходит в течение первой минуты смешивания. Для смесей с 90 260 p < 0,1, 90 263 время инверсии фазы увеличивается с уменьшением коэффициента вязкости 90 003 90 002 Реклама

Например: для смеси с p = 0,003 затраченное время составило более 10 минут.

После начальной стадии перемешивания размер доменов уменьшается незначительно, так что через некоторое время (обычно 5–10 мин) фазовая структура уже не претерпевает изменений. По истечении этого времени это известно как стационарное перемешивание.

Развитие морфологии при перемешивании является результатом конкуренции между деформацией и дроблением капель с одной стороны и слиянием капель с другой. Однако окончательная морфология является следствием сложных взаимосвязей между вязкостью и упругостью компонентов, условиями обработки (вид деформации, скорость деформации, время деформации), химической структурой компонентов и составом смеси.

Деформацию капли жидкости, диспергированной в жидкой матрице, под действием потока можно описать с помощью капиллярного числа и коэффициента вязкости.

Капиллярное число (Ca) представляет собой отношение гидродинамического напряжения, приложенного к капле, которое заставляет каплю деформироваться, и межфазного напряжения, которое стремится сохранить сферическую форму капли, чтобы минимизировать ее поверхностную энергию.

  • Ca — Номер капилляра
  • η м — вязкость матрицы
  • γ — скорость сдвига
  • d — диаметр частиц
  • Γ AB — поверхностное натяжение между фазами A и B

Если гидродинамическое напряжение достаточно мало, Ca Cr превышает капиллярное число, Ca капель деформируется в форму, устойчивую в потоке.