Polymermischungen, die aus zwei oder mehr nicht mischbaren Polymeren bestehen, weisen häufig eine unzureichende Phasentrennung und Grenzflächenhaftung auf, was zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften führt. Eine gängige Strategie zur Verbesserung der mechanischen Leistung und der Kompatibilität der Mischung ist der Zusatz eines Kompatibilisierungsmittels. Die Auswirkungen der Zugabe von Kompatibilisierungsmitteln auf die morphologischen und mechanischen Eigenschaften von Polymermischungen werden in diesem wissensbasierten Artikel eingehend untersucht. Er bietet eine gründliche Untersuchung der grundlegenden Prozesse, der Auswirkungen von Art und Konzentration des Kompatibilisierungsmittels und der sich daraus ergebenden Änderungen der Morphologie und des mechanischen Verhaltens von Mischungen. Ziel dieses Artikels ist es, unser Wissen über die Fähigkeit der Kompatibilisatoren, die Eigenschaften von Polymermischungen effizient zu verändern, zu verbessern, indem die neuesten Studien auf diesem Gebiet überprüft werden.

Übersicht

1.1 Polymermischungen: Polymermischungen bestehen aus zwei oder mehr nicht mischbaren Polymeren, die gemischt werden können, um die gewünschten Funktionen und Eigenschaften zu erzielen.

1.2 Schwierigkeiten mit Polymermischungen: Verminderte Leistung, schlechte mechanische Eigenschaften und Phasentrennung sind häufig das Ergebnis von Unverträglichkeiten zwischen Polymerkomponenten.

1.3 Die Funktion von Kompatibilisierungsmitteln: Kompatibilisatoren werden Mischungen zugesetzt, um die mechanischen Eigenschaften und die Mischbarkeit zu verbessern, indem sie die Grenzflächenkontakte zwischen nicht mischbaren Polymerphasen verstärken.

Mechanismen der Kompatibilisierung

2.1 Verringerung der Grenzflächenspannung: Durch die Verringerung der Grenzflächenspannung zwischen den Phasen nicht mischbarer Polymere verbessern Kompatibilisatoren die Dispersion und Vermischung der Polymerketten.

2.2 Reaktive Kompatibilisierung: Reaktive Kompatibilisatoren die Mischbarkeit der Mischungen und die Grenzflächenhaftung durch Bildung kovalenter Bindungen oder Pfropfprozesse an der Grenzfläche zu verbessern.

2.3 Lokalisierung von Kompatibilisierungsmitteln: Verträglichkeitsvermittler neigen dazu, sich an der Grenzfläche zu sammeln, wo sie eine Grenzflächenschicht bilden, die eine Phasentrennung verhindert und die Grenzflächenspannung verringert.

Auswirkung des Typs des Kompatibilisierungsmittels

3.1 Block-Copolymere: Da sie sich selbst zusammensetzen und Grenzflächen zwischen nicht mischbaren Polymerphasen bilden können, werden Blockcopolymere - wie Diblock- oder Triblockcopolymere - häufig als Verträglichkeitsvermittler eingesetzt.

3.2 Pfropfcopolymere: Diese Copolymere haben eine Seitenkette mit funktionellen Gruppen, die mit den Bestandteilen der Polymermischung interagieren können, um die Kompatibilität zu fördern, und eine Hauptpolymerkette.

3.3 Reaktive Kompatibilisatoren: Diese Verträglichkeitsvermittler haben funktionelle Gruppen, die chemisch mit den Bestandteilen der Polymermischung interagieren können, um kovalente Bindungen und eine bessere Grenzflächenhaftung zu erzeugen.

Auswirkung der Kompatibilisatorkonzentration

4.1 Optimale Compatibilizer-Konzentration: Die Fähigkeit des Compatibilizers, die Morphologie und die mechanischen Eigenschaften der Mischung zu verbessern, wird bei einer bestimmten Konzentration maximiert.

4.2 Überkompatibilisierung: Höhere Konzentrationen von Kompatibilisierungsmitteln können zur Bildung einer dritten Phase oder zu einer Phaseninversion führen, was den Eigenschaften der Mischung abträglich wäre.

4.3 Unzureichender Kompatibilisator: Eine unzureichende Verträglichkeitskonzentration kann zu einer begrenzten Verbesserung der Mischungseigenschaften und einer unzureichenden Grenzflächenhaftung führen.

Morphologische Veränderungen

5.1 Mischbarkeit von Mischungen: Die Zugabe eines Kompatibilitätsmittels verbessert die Mischbarkeit von Mischungen, indem es die Größe und Menge der verstreuten Domänen verringert und eine gleichmäßigere Dispersion der Polymerphasen fördert.

5.2 Grenzflächenhaftung: Die Phasentrennung wird verhindert und die Grenzflächenspannung wird reduziert, wenn die Verträglichkeitsstoffe die Grenzflächenhaftung zwischen den Polymerphasen erhöhen.

5.3 Grenzflächenmorphologie: Je nach Art und Konzentration des Kompatibilisators können Kompatibilisatoren Grenzflächenveränderungen wie Kern-Schale-Morphologien, co-kontinuierliche Strukturen oder Grenzflächenschichten verursachen.

Verbesserung der mechanischen Eigenschaften

6.1 Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul: Kompatibilisatoren erhöhen die Grenzflächenhaftung und verringern die Spannungskonzentration an der Grenzfläche, wodurch sich die Zugfestigkeit und der Modul von Polymermischungen verbessern.
6.2 Schlagzähigkeit: Der Zusatz von Kompatibilisierungsmitteln erhöht die Schlagzähigkeit von Polymermischungen, indem er die Energiedissipation fördert und die Ausbreitung von Rissen in der Mischung verhindert.

6.3 Flexibilität und Duktilität: Durch Verbesserung der Mischungsmorphologie und Verringerung der Sprödigkeit können Kompatibilisatoren die Flexibilität und Dehnbarkeit von Polymermischungen verbessern.

Strategien der Kompatibilisierung für bestimmte Polymersysteme

7.1 Kompatibilisierung von Thermoplast- und Polymer-Elastomer-Mischungen: Methoden zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der Kompatibilität von Thermoplast- und Polymerelastomer-Mischungen.

7.2 Kompatibilisierung von Mischungen aus Polymeren und anorganischen Füllstoffen: Methoden der Kompatibilisierung zur Verbesserung der Grenzflächenhaftung und der Dispersion in Polymer-/Anorganik-Füllstoffkompositen.

7.3 Kompatibilisierung von Polymer/Verstärkungsfaser-Verbundwerkstoffen: Methoden zur Verbesserung der mechanischen Leistung und Kompatibilität von Verbundwerkstoffen aus Polymeren und Verstärkungsfasern.