ポリマーブレンドを調製する際、相溶性はブレンドの特性に大きな影響を与える。2つのポリマーが完全に相溶していれば、できあがったブレンドは優れた性能を発揮する。もし2つのポリマーの相溶性が悪ければ、ブレンドは巨視的な相分離を起こすため、剥離や層間剥離が起こり、材料の強度と性能が低下する。2つのポリマーが部分的に相溶している場合、微視的または亜微視的な相分離構造が形成され、2つの相界面間に相互作用が生じて転移層が形成される。このとき、得られたブレンドはしばしばユニークな特性を示す。

ミクロあるいはサブミクロの相分離の形成は、ブレンドの調製において重要な問題であることがわかる。ほとんどのポリマーは非相溶性である。ブレンド工程において、いかにしてポリマー間の相溶性を向上させ、微視的な相分離を形成させるかは、ブレンド研究の重要な側面である。ポリプロピレンの相溶性を改善する方法には次のような種類がある。

01 ポリプロピレンの化学グラフト重合

ポリプロピレンは非極性ポリマーである。化学グラフト重合によって、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、アクリロニトリル、無水マレイン酸などの極性モノマーがポリプロピレン分子鎖にグラフトされ、ポリプロピレンの分子量が増加する。極性、ポリプロピレンと他のポリマーとの相溶性を向上させ、ブレンドの物理的・機械的特性を改善する。PP-g-AA、PP-g-MAA、PP-g-MAHなどのグラフト共重合体は、化学グラフト重合によって調製することに成功している。

02 ポリプロピレンの照射

電子線、ガンマ線、紫外線、プラズマなどの照射技術によるポリプロピレンの相溶化処理は、ヒドロキシル基、カルボニル基、カルボキシル基、アミノ基、ペルオキシル基などの極性基を導入することができる。プロピレンの極性は、ポリプロピレン混合系の相溶性を向上させる。

ポリプロピレンの改質で一般的に使用されるいくつかの照射源の特性の比較

(1) PPの放射線グラフト化。高エネルギー放射線の作用によりポリプロピレン分子が破壊されて生じた活性基がモノマーと相互作用すると、ポリプロピレン分子上にモノマーのグラフト化が始まる。放射線グラフト重合は、ポリプロピレンの官能基化を実現する非常に重要な方法の一つである。例えば、高エネルギー線照射の作用下で、無水マレイン酸をポリプロピレンにグラフトさせることができ、ポリプロピレンの表面極性、接着性、印刷適性、他のポリマーとの相溶性を著しく向上させることができる。

プラズマとはイオン化した気体のことで、電子、イオン、原子、分子、フリーラジカルなどの粒子の集合体である。プラズマ空間に濃縮されたイオン、電子、励起原子、分子、フリーラジカルは活性な反応種であり、一連の反応の引き金となり、ポリプロピレンのグラフト変性に利用できる。

(2) PPの放射線相溶化。一部の研究者は、高分子材料における照射技術の応用範囲を広げ、電子線、ガンマ線、紫外線、マイクロ波照射、その他の物理的技術によってポリオレフィン分子鎖に酸素含有極性基を導入し、問題を解決することを提案している。ポリオレフィンブレンド複合材料の界面相溶化、特定のエンジニアリングプラスチックの性能指標を満たすことができるポリオレフィン材料の調製、高強度・高靭性ポリオレフィン材料の新しい調製技術の創出。

03 コンパチライザー（相溶化剤）を加える

相溶化剤は通常、グラフト共重合体またはブロック共重合体であり、そのセグメントはそれぞれ構成ポリマーと構造および極性が類似している。ブレンドの過程で、相溶化剤は2相の界面に濃縮され、ブレンド成分の2相間の界面力を向上させる。A成分とB成分の相溶性が悪い場合は、A-Bタイプのブロックコポリマーやグラフトコポリマーを添加することができる。相溶化剤において、成分AはポリマーAと良好な相溶性を有し、成分BはポリマーBと良好な相溶性を有する。A-Bタイプのブロックまたはグラフト共重合体は、A成分とB成分の相溶性を高め、このブロックまたはグラフト共重合体を相溶化剤と呼ぶ。相溶化剤は高分子相溶化剤と低分子相溶化剤に分けられる。高分子相溶化剤は非反応型と反応型に分けられ、低分子相溶化剤はすべて反応型である。

(1) 非反応性相溶化剤。いわゆる非反応性相溶化剤とは、反応性基を持たず、ポリマーブレンドの過程で化学反応を起こさない相溶化剤を指す。非反応性相溶化剤は、相溶性の悪い2種類のポリマーを相溶させ、良好な界面相互作用を持つポリマーブレンドを形成する。この種の相溶化剤には副生成物がなく、良好な効果がある。非反応性の相溶化剤としては、A-Bタイプ、A-Cタイプ（A-B-Cタイプ）、C-Dタイプなどの4種類が開発されている。非反応性相溶化剤の用途例を下表に示す。

非反応性相溶化剤の使用例

A-B型相溶化剤は、主にAポリマーとBポリマーのブロック共重合またはグラフト共重合によって製造される。A-B型相溶化剤と同じタイプのAポリマーとBポリマーのブレンドに適しています。界面張力を低下させ、2相の相溶性を高めることができる。例えば、エチレンプロピレンブロック共重合体は、PE/PPブレンド用の相溶化剤として使用できる。

A-Cタイプ（ABCタイプ）の相溶化剤は、AとC（またはA、B、C）の2つ（または3つ）のポリマーモノマーのグラフト重合またはブロック共重合によって形成される。AポリマーとBポリマーのブレンドに適している。例えば、PE樹脂とPS樹脂をブレンドする際に相溶化剤としてCPEやSEBSを使用すると、PEとPSの相溶性を向上させることができる。

C-D型相溶化剤は新しいタイプの相溶化剤であり、その組成はブレンド樹脂の組成とは異なる。例えば、PPとPMMAの相溶化剤としてSEBSを使用することができる。

(2) 反応性相溶化剤。いわゆる反応性相溶化剤とは、それ自体が反応性基を有する相溶化剤のことであり、ポリマーを配合した際に、他のポリマーに含まれる基と化学反応して化学結合を形成し、ポリマーと相溶化剤との結合を強固な結合力にして体積膨張の効果を発揮させることができる。このような相溶化剤としては、マレイン酸型、アクリル酸型、エポキシ変性型、低分子反応型相溶化剤などがある。

無水マレイン酸型相溶化剤は、カルボキシル基を有する無水マレイン酸で変性されたポリマー相溶化剤の一種であり、様々なポリマーと反応してブレンドポリマーを相溶化することができる。アクリル変性ポリマーもカルボキシル基含有ポリマー相溶化剤の一種です。応用例としては、PA/EPDMブレンドの相溶化剤としてのEPDM-g-MAHコポリマー、ポリオレフィン/PETブレンドの相溶化剤としてのPP-g-AAコポリマー、オレフィン/EVOHブレンド系の相溶化剤としての無水マレイン酸グラフトLLDPEなどがある。

04 IPN技術

IPNは相互浸透性ポリマーネットワークであり、2つのポリマーからなる架橋ネットワークの相互浸透によって形成される新しいタイプの異種ポリマーブレンドである。IPNを調製するには、まず架橋ポリマーが必要で、次にモノマー、開始剤、架橋剤を第1のネットワークに膨潤させ、重合と架橋を開始して第2のネットワークを形成する。架橋された2つのネットワークは相互に浸透し合うため、安定したミクロ相分離構造が形成される。この構造は相界面が大きく、相乗効果が高いため、構成ポリマーよりも優れた性能を発揮することができる。

05動的加硫

動的加硫は、2 種類のポリマーを溶融混練する際の分散相の架橋反応です。分散相の架橋は系の形態安定性を高めるため、溶融強度と機械的特性が向上します。基材の連続相は架橋反応を起こさないため、材料は依然として熱可塑性加工性を有している。得られた広く使用されているPP/EPDM熱可塑性エラストマーは、優れた総合特性を有する。PPとEPDMの動的加硫とは、PPとEPDMを溶融混練する過程でEPDMが加硫され、PP連続相に分散した加硫・架橋EPDM微粒子が得られることを指す。PP連続相は高温で溶融して熱可塑性を発揮し、加硫EPDMゴム粒子は常温で高い弾性を発揮する。