Verbundwerkstoffe, die aus zwei oder mehr nicht oder nur teilweise mischbaren Polymeren bestehen, werden als Polymermischungen bezeichnet. Um die Eigenschaften und die Funktionalität der Mischung zu verbessern, müssen diese Polymere kompatibel sein. Da sie die chemische Interaktion zwischen den nicht mischbaren Phasen erleichtern und die Grenzflächenhaftung fördern, sind reaktive funktionelle Gruppen für die Kompatibilisierung von Polymermischungen von wesentlicher Bedeutung. Die komplexen Rollen, die reaktive funktionelle Gruppen bei der Kompatibilisierung von Polymermischungen spielen, werden in diesem umfassenden Aufsatz untersucht.

Es untersucht die grundlegenden Ideen, die ihrem Verhalten zugrunde liegen, spricht über verschiedene Arten von reaktiven funktionellen Gruppen und betont, wie sie die mechanischen Eigenschaften, das Verarbeitungsverhalten und die Morphogenese der Mischung beeinflussen.

Grundsätze der Kompatibilisierung

Durch Senkung der Grenzflächenspannung und Erhöhung der Grenzflächenadhäsion versucht die Kompatibilisierung, die Kompatibilität von nicht mischbaren Polymermischungen zu erhöhen. Bei diesem Prozess dienen reaktive funktionelle Gruppen als Vermittler, die die Bildung kovalenter Bindungen zwischen den Polymerphasen unterstützen. Die Kompatibilität mit reaktiven funktionellen Gruppen beruht auf den folgenden Hauptprinzipien

a. Grenzflächenadhäsion: Eine erhöhte Grenzflächenadhäsion entsteht durch reaktive funktionelle Gruppen, die sich an der Grenzfläche nicht mischbarer Polymerphasen ansiedeln. Durch die von diesen Gruppen ausgelösten chemischen Reaktionen werden kovalente Bindungen gebildet, die den Grenzflächenbereich stärken und die Kompatibilität fördern.

b. Molekularer Zuschnitt: Es ist möglich, reaktive funktionelle Gruppen so zu modifizieren, dass sie eine besondere chemische Reaktivität und Affinität zu den betreffenden Polymerphasen aufweisen. Dies ermöglicht eine spezifische Kontrolle des Kompatibilisierungsprozesses durch selektive Kontakte und Bindungsbildung.

Arten von reaktiven funktionellen Gruppen

Bei der Kompatibilisierung von Polymermischungen wird eine Vielzahl von reaktiven funktionellen Gruppen verwendet. Diese Gruppierungen bieten aufgrund ihrer unterschiedlichen chemischen Reaktivität und Bindungsmechanismen eine Vielzahl von Ansätzen zur Erreichung der Kompatibilität von Mischungen. Zu den bekannten Beispielen gehören:

a. Maleinsäureanhydrid (MAH) ist eine reaktive funktionelle Gruppe, die häufig bei der Kompatibilisierung eingesetzt wird. Durch Veresterungs- oder Amidierungsprozesse bildet es kovalente Verbindungen mit Polymeren, die primäre Amine oder Hydroxylgruppen enthalten.

b. Epoxid: Epoxidgruppen können kovalente Bindungen erzeugen, indem sie mit einer Vielzahl von funktionellen Gruppen, einschließlich Aminen und Carbonsäuren, reagieren. Reaktive funktionelle Gruppen auf Epoxidbasis sind anpassungsfähig und wurden in einer Vielzahl von Kompatibilisierungstechniken verwendet.

c. Isocyanat: Isocyanatgruppen erzeugen Urethan- oder Harnstoffbindungen, wenn sie mit nukleophilen Gruppen, wie Hydroxyl- oder Aminogruppen, reagieren. Reaktive Gruppen dieser Art werden häufig in Mischsystemen auf Polyurethanbasis verwendet.

Methoden der Kompatibilisierung

Die Kompatibilisierung von Polymermischungen wird durch reaktive funktionelle Gruppen über eine Reihe von Methoden erleichtert, darunter:

a. Bildung von Bindungen: Der Hauptprozess ist eine chemische Reaktion zwischen bestimmten funktionellen Gruppen in den Polymerphasen und reaktiven funktionellen Gruppen. Um die Grenzflächenhaftung zu verbessern und ein Netzwerk aus miteinander verbundenen Polymerketten zu schaffen, werden an der Grenzfläche kovalente Bindungen gebildet.

b. Grenzflächenmodifikation: Reaktive funktionelle Gruppen verändern die Grenzflächeneigenschaften des Mischsystems. Diese Veränderung verringert die Phasentrennung, reduziert die Grenzflächenspannung und fördert die Entwicklung einer stabilen Interphasenzone.

c. Kontrolle der Morphologie: Reaktive funktionelle Gruppen steuern die Morphologie des Gemischs, indem sie die nicht mischbaren Polymerphasen zur Bildung einer feinen, gleichmäßigen Dispersion anregen. Diese regulierte Form kann zu einer besseren mechanischen Leistung und einer verbesserten Kompatibilität des Blends führen.

Auswirkungen auf die Mischungseigenschaften

Reaktive funktionelle Gruppen, die Polymermischungen zugesetzt werden, haben einen erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften des Endprodukts.

a. Mechanische Eigenschaften: Durch die Erhöhung der Grenzflächenhaftung und die Verringerung der Spannungskonzentration an der Grenzfläche verbessert die Kompatibilisierung mit reaktiven funktionellen Gruppen die mechanischen Eigenschaften von Polymermischungen. Erhöhte Zähigkeit, Festigkeit und Dehnung bei Bruch sind die Ergebnisse.

b. Thermische Stabilität: Die thermische Stabilität von Polymermischungen wird durch die kovalenten Bindungen erhöht, die durch reaktive funktionelle Gruppen. Die geringere Beweglichkeit der Polymerketten infolge der verbesserten Grenzflächenhaftung erhöht ihre Widerstandsfähigkeit gegen thermischen Abbau.

c. Rheologisches Verhalten: Die Schmelzrheologie von Polymermischungen wird durch die Kompatibilisierung beeinflusst. Reaktive funktionelle Gruppen können die Fließeigenschaften, die Schmelzflexibilität und die Viskosität des Blends verändern, was sich auf seine Verarbeitbarkeit auswirken kann.

Herausforderungen und Überlegungen

Obwohl reaktive funktionelle Gruppen für die Kompatibilisierung von Polymermischungen sehr vorteilhaft sind, gibt es einige Probleme, die berücksichtigt werden müssen.

a. Selektivität und Reaktivität: Um effektiv Bindungen zu bilden, muss die Reaktivität der funktionellen Gruppen mit den Phasen des Polymers kompatibel sein. Um eine gute Kompatibilisierung zu erreichen, müssen reaktive funktionelle Gruppen ausgewählt werden, die für bestimmte Polymerkombinationen geeignet sind.

b. Optimale Gruppenkonzentration: Die Wirksamkeit der Kompatibilisierung wird durch die Konzentration der reaktiven funktionellen Gruppen beeinflusst. Die Bestimmung der richtigen Konzentration ist entscheidend für das Erreichen der beabsichtigten InterI apologisierung.