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ポリマーブレンドの相溶性原理とは?

適切なシステムを追加することは、しばしば次のような場合に必要となる。 ブレンド変更 ポリマー成分間の相溶性は、所望の性能向上を得るために必要である。一般に、異なるポリマー成分を混合する際には、相間 の結合力が高い多相ブレンドを作るために適切な相溶性が必 要となる。アプリケーション・ミックス・システムの相溶性をよりよく理解するためには、以下のガイドラインを考慮する必要があります。

(1) 類似溶解度パラメータの原則

分子鎖間の相互作用は、基本的に分子鎖間の相互拡散プロセスであるポリマー間の混合プロセスを制限する。溶解度パラメータは、分子鎖間の相互作用の大きさを表すのに使用できる。単位体積あたりの内部エネルギー密度は、溶解度パラメータの値の平方根に等しく、記号で表される。溶解度パラメータの差は、2つの成分の相溶性を測るのにも使用できる。
2つのポリマーの溶解度特性が同等であれば、その差は0.2未満であることが多い。2つのポリマーの溶解度特性の差が0.5より大きい場合は、どのような比率でも組み合わせることはできません。たとえばPVCとNBRは、溶解度パラメータ(AおよびB)がそれぞれPVCで9.4~9.7、NBRで9.3~9.5であるため、強い相溶性を有する。もう一つの例はPS/PBブレンド系で、両者の溶解度パラメータに0.7以上の差があるため、両者の相溶性はほとんどありません。PVCとPSは溶解度特性が1以上異なるため、本質的に相溶性がない。

(2) 類似極性原理

ポリマー間の相溶性は、ブレンド系の極性が高くなるにつれて向上する。したがって、極性成分と極性成分、非極性成分と非極性成分は、いずれも良好な相溶性を示す。例として、PVC/EVA、PVC/NBR、PVC/ABSは極性が似ているため、相溶性は良好です。ポリマーの相溶性の基本-極性/極性、非極性/非極性、極性/非極性-を理解することは、ブレンド改良配合を設計する上で極めて重要です。一般に、PVC/PC、PVC/PS、PC/PSなどの場合のように、極性材料と非極性材料を組み合わせることはできない。
極性が同じというルールには、いくつかの例外がある。例えば、極性が異なる2つの成分であるPPO/PSは非常に相溶性が良いが、極性が似ているが相溶性の悪いPVC/クロロプレン(CR)ブレンド系は良くない。

(3) 構造的類似性の原則

ポリマーブレンドシステムの構成成分の構造が類似していれば、相溶性は良好になる。言い換えれば、2つのポリマーの構造が似ていれば似ているほど、相溶性は高くなる。構造の類似性」とは、各成分の分子鎖に同一または類似の構造単位が存在することを指す。例えば、PA6とPA66の分子鎖は、ともに-CH2-、-CO-NH-を含むため、高い相溶性がある。

(4) 類似の結晶化能力原理

ブレンド系が結晶性ポリマーである場合、様々な成分の結晶化のしやすさが互いに同等であれば、相溶性は高くなる。PA/PVC系、PE/PA系、PET/PBT系などの混合結晶にのみ相溶性がある。結晶系と非晶質系、結晶系と結晶系の間の相溶性はかなり低い。PPOとPS、PVCとNBR、PVCとEVAなど、2つの非晶質成分を持つ系は相性が良い。

(5) 表面張力の相似概念

ブレンドシステムの成分の相溶性は、その表面張力が近いほど向上する。混合物を溶かすと、それはエマルジョンのようになる。混合物の安定性と分散性は、2つの成分の表面張力によって支配される。表面張力が低いほど、2相間の湿潤接触と拡散は良好になり、界面結合も良好になる。例えば、ポリプロピレンとポリエチレンは、表面張力が似ているため、ブタジエンゴム、天然ゴム、エチレンプロピレンゴムと特に相溶性が高い。これは特に、一般的な強靭化ブレンド系であるPP/EPDMに当てはまる。

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