高分子共混物簡介

在發達國家，塑料已經在許多應用領域取代了傳統材料（木材、鋼鐵）。市場競爭驅使塑料樹脂生產廠商提供更好，更便宜，同時具有多種組合性能優勢的高分子材料，不僅僅可以取代傳統的木材、鋼鐵材料，還能取代部分過時的高分子材料。這已經導致了以下幾方面的變革，諸如：

l 生產規模的擴大

l 多組分多相高分子材料的應用

l 加工工藝的革新

工業領域的發展促使研究人員針對多組分共混物，提出更準確的理論預測模型，更好地去描述封閉加工過程中的形態變化。特別值得強調的是，混合過程以及各個加工步驟中共混體系的形態演化對於材料的加工性能和服役性能都是至關重要的。而描述高分子共混的結構演化過程，關鍵在於描述微流變（microrheology）和粗粒化（coalescence）兩個過程。

上世紀90年代早期，發展了第一個描述高分子共混體系在混合過程中形態演化的模型。該模型能夠很好的預測雙螺桿擠出機中高分子共混物的形態變化，理論預測與實驗結果保持了較好的一致性。然而，混合或加工單元中物料的形態演化，是一個在熱和力作用下的動態過程。一旦施加的應力消除，在體系缺乏有效增容的條件下，形態會進一步隨時間而發生變化（粗粒化過程，分散的粒子重新團聚；或降溫過程中，發生分相或結晶等）。

當前，只有極少的地方會用到完全未改性的樹脂，只不過某些樹脂粒子需要較少的改性罷了。比如，對於半結晶的高分子，本身就已經具有兩相結構（結晶相和非晶相），所以不需要做太多的改性工作。相反，對於完全非晶的高分子，如PVC,PS，PPE或者雙酚A型聚碳酸酯，韌性差，需要做較多的共混改性工作。

註：這一段從高分子是否為結晶來判斷共混改性的必要性，看似無理，實則非常有效。所有高分子的結晶都是不完全的，一定存在非晶的部分，這也是為什麼結晶型高分子被稱為「半晶聚合物」（semicrystalline）。高分子的加工成型過程，往往涉及熔體的急速冷卻過程，在快速冷卻成型過程中，高分子還能夠完成分子鏈摺疊排列結晶，說明其分子鏈具有較高的柔順性，即鏈段運動能力較強，玻璃化溫度較低。對於大多半晶高分子，其玻璃化溫度都往往低於室溫，或在室溫上下。也就是說，半晶高分子中的非晶相，處於玻璃化溫度以上的高彈態。這樣的話，半晶高分子其實就相當於橡膠（非晶高彈態）增韌固態（結晶相）基體的共混物；而對於室溫下的非晶高分子，非晶狀態下還能有塑料的特性，那麼只能是玻璃化溫度在室溫以上，材料處於玻璃態，處在玻璃態的高分子力學性能都表現高強度、低韌性的特點，所以需要進行增韌處理。

關於高分子共混的優勢或者說目的，可以總結為如下兩類：

（a） 通過共混提高樹脂的或產品的性能：

1．用最低的成本賦予材料一組需要的性能。

2．用廉價的高分子，拓寬工程塑料樹脂的性能。

3．提高材料的某方面性能：

l 增韌脆性高分子，消除低分子添加劑的使用（如軟質PVC材料中用到的大量增塑劑）。

l 提高模量和尺寸穩定性，通過與高剛性和高耐熱樹脂進行共混。

l 提高非晶高分子樹脂耐溶劑和化學腐蝕的能力，通過與半晶高分子進行共混（如非晶型聚碳酸酯(PC)和半晶型的熱塑性聚酯彈性體（PESET）共混）。

l 提高阻燃性能，通過與阻燃型高分子共混（如苯乙烯類或丙烯酸類樹脂與PVC共混）。

l 賦予材料抗靜電能力，通過與含羥基（-OH）或巰基（-SH）官能團的高分子共混（如共聚型氯醚橡膠(ECO)與PC/ABS合金共混）

l 製備生物可降解材料，通過引入可降解型樹脂。

l 通過共混製備塊狀多層結構型材料。

4.回收工業和城市塑料垃圾。

5.對部分降解的高分子進行擴鏈，從而利用塑料垃圾生產較高性能的製件。

（b）通過共混改善樹脂的加工性能：

1. 引入相容性好，低玻璃化溫度（Tg）的組分，從而使高玻璃化溫度的組分能其在其熱分解溫度以下進行加工（如聚苯乙烯與聚苯硫醚 PS/PPE共混物）。

2. 引入相容性好，低粘度的組分，以降低熔體通過口模和流道的壓力降，提高生產效率（液晶高分子與聚醚醚酮LCP/PEEK共混物）。

3. 引入高應變應化樹脂（如將低密度聚乙烯LDPE共混到其他聚烯烴PO材料中），或者反應共混原位形成長鏈支化結構（聚苯乙烯與聚烯烴共混），用以調控材料的應變應化程度。對於一些涉及拉伸流場的加工過程，例如吹膜，吹模，電線包覆和發泡等，具有應變應化能力的材料表現出更好的加工性能。

4. 引入彈性粒子用以提高氣泡的成核率；如此，則可使發泡過程更加穩定，降低泡孔尺寸以及最終製品的密度。

5. 引入可降解性樹脂或某些特殊的材料到工程塑料中，在注塑過程中分解產生一定量的氣體用以發泡。

6. 將不同等級或牌號的同一種樹脂進行共混，可以拓寬其分子量分布，更有利於加工。

7. 通過共混提高產品的均一性，減少生產過程中的殘餘料，提升加工產的經濟效益。

8.共混可以實現配方的快速更新，使得樹脂加工廠更加靈活，更加富有生產力。

9.共混可以減少加工和存儲塑料的等級。

10.共混可以用於生產外觀更精美的產品，如生產無「魚眼」的膜和塗層材料，沒有帶狀條紋的注塑製件。

本書旨在提供全面的高分子共混科學與技術領域的知識。無論對於剛進入該領域的學生，還是富有經驗的專家學者，本書都是非常有用的。

（選譯自《共混物手冊》第一版前言）