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Was ist das Kompatibilitätsprinzip von Polymermischungen?

Die Hinzufügung eines geeigneten Systems ist häufig erforderlich, um Mischungsänderungen zwischen den Polymerkomponenten, um die gewünschte Leistungsverbesserung zu erreichen. Im Allgemeinen ist beim Mischen verschiedener Polymerkomponenten eine angemessene Kompatibilität erforderlich, um eine mehrphasige Mischung mit einer hohen Bindungskraft zwischen den Phasen zu schaffen. Die folgenden Leitlinien sollten berücksichtigt werden, um die Kompatibilität mit Anwendungsmischsystemen besser zu verstehen.

(1) Das Prinzip der vergleichbaren Löslichkeitsparameter

Die Wechselwirkung zwischen den Molekülketten begrenzt den Mischungsprozess zwischen den Polymeren, der im Wesentlichen ein Prozess der gegenseitigen Diffusion zwischen den Molekülketten ist. Der Löslichkeitsparameter kann verwendet werden, um das Ausmaß der Wechselwirkung zwischen den Molekülketten darzustellen. Die interne Energiedichte pro Volumeneinheit ist gleich der Quadratwurzel aus dem Wert des Löslichkeitsparameters, der das Symbol hat. Der Unterschied im Löslichkeitsparameter kann auch dazu verwendet werden, die Kompatibilität zweier Komponenten zu messen; je näher sie beieinander liegen, desto kompatibler sind sie.
Wenn die Löslichkeitseigenschaften zweier Polymere vergleichbar sind, beträgt der Unterschied oft weniger als 0,2. Wenn der Unterschied zwischen den Löslichkeitseigenschaften zweier Polymere größer als 0,5 ist, können sie in keinem Verhältnis kombiniert werden. PVC und NBR sind beispielsweise sehr gut verträglich, da ihre Löslichkeitsparameter (A und B) 9,4-9,7 für PVC bzw. 9,3-9,5 für NBR betragen. Ein weiteres Beispiel ist das PS/PB-Mischsystem, bei dem die Kompatibilität zwischen den beiden Werkstoffen gering ist, da der Unterschied der Löslichkeitsparameter >0,7 beträgt. PVC und PS haben Löslichkeitsparameter, die sich um >1 unterscheiden, was sie im Wesentlichen inkompatibel macht.

(2) Das Prinzip der ähnlichen Polarität

Die Kompatibilität zwischen den Polymeren verbessert sich mit zunehmender Polarität des Mischsystems; daher weisen polare und polare Komponenten sowie unpolare und unpolare Komponenten alle eine gute Kompatibilität auf. Zur Veranschaulichung: Die Kompatibilität zwischen PVC/EVA, PVC/NBR und PVC/ABS ist aufgrund ihrer ähnlichen Polarität gut. Das Verständnis der Grundlagen der Polymerkompatibilität - polar/polar, unpolar/nichtpolar und polar/nichtpolar - ist für die Entwicklung von Mischungsmodifizierungsformulierungen von entscheidender Bedeutung. Im Allgemeinen können polare und unpolare Materialien nicht miteinander kombiniert werden, wie in den Fällen von PVC/PC, PVC/PS, PC/PS usw.
Von der Regel der identischen Polarität gibt es mehrere Ausnahmen. Während beispielsweise PPO/PS, zwei Komponenten mit unterschiedlicher Polarität, recht gut verträglich sind, sind PVC/Chloropren (CR)-Mischsysteme, die ähnliche Polaritäten aufweisen, aber nicht kompatibel sind, nicht gut.

(3) Der Grundsatz der strukturellen Ähnlichkeit

Die Kompatibilität ist gut, wenn die Strukturen der Komponenten des Polymerblendsystems ähnlich sind. Mit anderen Worten: Je ähnlicher die Strukturen der beiden Polymere sind, desto verträglicher werden sie sein. Der Begriff "strukturelle Ähnlichkeit" bezieht sich auf das Vorhandensein gleicher oder ähnlicher Struktureinheiten in den Molekülketten der einzelnen Komponenten. Beispielsweise besteht eine hohe Kompatibilität zwischen den Molekülketten von PA6 und PA66, da sie beide -CH2-, -CO-NH- enthalten.

(4) Das Prinzip der ähnlichen Kristallisationsfähigkeit

Handelt es sich bei einem Blendsystem um ein kristallines Polymer, so ist die Kompatibilität hoch, wenn die Kristallisationsfähigkeit der verschiedenen Komponenten vergleichbar ist. Sie sind nur mit Mischkristallen wie PA/PVC-, PE/PA- und PET/PBT-Systemen kompatibel. Die Kompatibilität zwischen kristallinen und amorphen, kristallinen und kristallinen Systemen ist eher gering. Systeme mit zwei amorphen Komponenten, wie PPO und PS, PVC und NBR, PVC und EVA usw., funktionieren gut miteinander.

(5) Das Ähnlichkeitskonzept für die Oberflächenspannung

Die Kompatibilität der Komponenten des Mischsystems wird durch die Nähe ihrer Oberflächenspannungen verbessert. Wenn das Gemisch geschmolzen wird, ähnelt es einer Emulsion; die Stabilität und Dispersion des Gemischs wird durch die Oberflächenspannung der beiden Komponenten bestimmt. Je niedriger die Oberflächenspannung ist, desto besser sind der Benetzungskontakt und die Diffusion zwischen den beiden Phasen und desto besser ist die Grenzflächenhaftung. So sind beispielsweise Polypropylen und Polyethylen aufgrund ihrer ähnlichen Oberflächenspannung besonders gut mit Butadienkautschuk, Naturkautschuk und Ethylen-Propylen-Kautschuk verträglich. Dies gilt insbesondere für PP/EPDM, ein gängiges System von Vorspannmischungen.

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