Композитные материалы, состоящие из двух или более несмешивающихся или частично смешивающихся полимеров, называются полимерными смесями. Для улучшения свойств и функциональности смеси эти полимеры должны быть совместимы. Поскольку они облегчают химическое взаимодействие между несмешивающимися фазами и способствуют межфазной адгезии, реактивные функциональные группы играют важную роль в совместимости полимерных смесей. Сложные роли, которые реакционноспособные функциональные группы играют в процессе совместимости полимерных смесей, рассматриваются в этом обширном эссе.
В ней рассматриваются фундаментальные идеи, лежащие в основе их поведения, рассказывается о различных видах реактивных функциональных групп и подчеркивается, как они влияют на механические характеристики, поведение при обработке и морфогенез бленда.
Принципы компатибилизации
Снижая межфазное натяжение и увеличивая межфазную адгезию, компатибилизация пытается повысить совместимость несмешивающихся полимерных смесей. В этом процессе реакционноспособные функциональные группы выступают в качестве посредников, способствующих образованию ковалентных связей между полимерными фазами. Совместимость с реактивными функциональными группами основана на следующих основных принципах
a. Межфазная адгезия: Увеличение межфазной адгезии происходит в результате локализации реактивных функциональных групп на границе раздела несмешивающихся полимерных фаз. В результате химических реакций, которые запускают эти группы, образуются ковалентные связи, укрепляющие межфазную область и способствующие совместимости.
b. Молекулярная модификация: Реактивные функциональные группы можно модифицировать таким образом, чтобы они обладали особой химической реактивностью и сродством к соответствующим полимерным фазам. Это позволяет контролировать процесс компатибилизации посредством избирательных контактов и образования связей.
Типы реактивных функциональных групп
Для совместимости полимерных смесей используются различные типы реактивных функциональных групп. Эти группы предлагают различные подходы к достижению совместимости смесей благодаря их различной химической реактивности и механизмам связывания. Среди известных примеров можно назвать следующие:
a. Малеиновый ангидрид, или МАГ, - это реактивная функциональная группа, которая часто используется при компатибилизации. В процессе этерификации или амидирования он образует ковалентные соединения с полимерами, содержащими первичные амины или гидроксильные группы.
b. Эпоксид: Эпоксидные группы могут образовывать ковалентные связи, вступая в реакцию с различными функциональными группами, включая амины и карбоновые кислоты. Реакционноспособные функциональные группы на основе эпоксида легко адаптируются и используются в различных методах компатибилизации.
c. Изоцианат: Изоцианатные группы образуют уретановые или мочевинные связи при реакции с нуклеофильными группами, такими как гидроксильные или аминогруппы. Реакционные группы такого рода часто используются в системах смесей на основе полиуретана.
Методы компатибилизации
Совмещение полимерных смесей облегчается за счет реактивных функциональных групп с помощью ряда методов, в том числе:
a. Образование связей: Основной процесс представляет собой химическую реакцию между определенными функциональными группами, находящимися в полимерных фазах, и реактивными функциональными группами. Чтобы улучшить межфазную адгезию и создать сеть соединенных полимерных цепей, на границе раздела фаз происходит образование ковалентных связей.
b. Межфазная модификация: Реакционноспособные функциональные группы изменяют межфазные характеристики смесей. Это изменение уменьшает разделение фаз, снижает межфазное натяжение и способствует образованию стабильной межфазной зоны.
c. Контроль морфологии: Реактивные функциональные группы контролируют морфологию смеси, побуждая несмешивающиеся полимерные фазы к образованию тонкой, однородной дисперсии. Такая регулируемая форма может привести к улучшению механических характеристик и совместимости смесей.
Влияние на свойства смеси
Реактивные функциональные группы, добавляемые в полимерные смеси, оказывают значительное влияние на свойства конечного материала.
a. Механические свойства: Благодаря увеличению межфазной адгезии и снижению концентрации напряжений на границе раздела фаз, компатибилизация реактивными функциональными группами улучшает механические свойства полимерных смесей. В результате повышается жесткость, прочность и удлинение при разрыве.
b. Термическая стабильность: Термическая стабильность полимерных смесей повышается благодаря ковалентным связям, образованным реактивные функциональные группы. Снижение подвижности полимерных цепей в результате улучшения межфазного сцепления повышает их устойчивость к термической деструкции.
c. Реологическое поведение: Реология расплава полимерных смесей зависит от совместимости. Реактивные функциональные группы могут изменять характеристики текучести, гибкости и вязкости расплава смеси, что может повлиять на ее технологичность.
Проблемы и соображения
Хотя реактивные функциональные группы очень полезны для совместимости полимерных смесей, есть несколько проблем, которые необходимо учитывать.
a. Селективность и реакционная способность: Для эффективного образования связей реакционная способность функциональных групп должна быть совместима с фазами полимера. Достижение хорошей совместимости требует выбора реакционноспособных функциональных групп, которые подходят для определенных комбинаций полимеров.
b. Оптимальная концентрация групп: Эффективность компатибилизации зависит от концентрации реакционноспособных функциональных групп. Определение правильной концентрации имеет решающее значение для получения желаемого межслойного извинения.
