[发明专利]高分子多相多组分材料共混增容方法

说明书

涉及高分子多相多组分材料共混增容方法，将两种或两种以上不同相和组分的高分子材料共混后加入体积脉动塑化输运设备中熔融塑化挤出得到制品；在加工过程中熔体经过体积脉动塑化输运设备，熔体的体积经历周期性的压缩释放，分散相首先被拉伸为细条状，然后破碎成更微小的分散相，破碎的分散相不断重复拉伸‑破碎过程，从而获得优异的分散效果，增强界面作用，对高分子多相体系强制增容，同时有较大概率形成特殊的聚集态结构，进一步地提高高分子共混物的性能，获得强制增容效果。该方法无需使用相容剂即可对多相共混体系进行有效的增容，避免环境污染，成本低、制备工艺简单、产品性能优异，具有较高的推广价值。属于高分子材料加工领域。

技术领域

本发明涉及高分子材料加工领域，尤其涉及高分子多相多组分材料共混增容方法。

背景技术

随着科技的发展，单组分的高分子材料逐渐不能满足多种需求，人们开始对高分子材料进行各种改性以获得产品所需的性能，高分子多相多组分材料共混改性可以使材料同时具有多种高分子材料的特性，从而提高材料的综合性能，拓宽材料的使用范围。例如，聚丙烯(PP)与高密度聚乙烯(HDPE)共混，制成PP/HDPE共混物，可调整共混物的拉伸性能，改善共混物的韧性。在进行共混改性时需要解决的关键问题是不同相和组分的高分子材料之间的相容性，这对制备高分子多相多组分材料共混物至关重要。不同材料实现相容一般有两种方式：

(1)热力学相容性(Miscibility)，即不同材料混合时，都能实现分子级分散的、热力学稳定的均相体系，热力学相容的判断依据下列公式：

ΔG_m＝ΔH_n-TΔS_m＜0

其中ΔG_m为混合自由能；ΔH_n为混合热；T为温度；ΔS_m为混合熵。

对于高分子材料而言，由于高分子材料的分子量很大，混合时熵的变化很小，而高分子材料混合过程中一般都是吸热过程，即ΔH为正值，因此要满足ΔG<0是困难的，因而大多数不同相和组分的高分子材料共混时难以实现热力学相容。

(2)广义相容性(Compatibility)，是指共混物各组分彼此互相容纳，形成宏观均匀材料的能力，通过控制工艺参数，在相与相之间形成界面层结构，使热力学相容性差甚至不相容的共混物实现广义相容。界面层的强度，常对共混物的性能，特别是力学性能起决定性影响。界面层的强度主要取决于以下两点：a、相与相之间的接触面积，在共混过程中，增加相与相之间的接触面积有利于两种大分子链段之间的相互扩散，增加相与相之间的粘合力，因此在共混过程中，必须保证两相之间的高度分散。

b、大分子链段之间的相互扩散程度，这主要取决于高分子材料之间的热力学相容性，在一般情况下，扩散导致的界面层厚度约为数百埃，相畴越小，界面层所占的比例越大，界面强度越高。

现有技术采用的高分子多相多组分材料共混原理主要利用剪切流场，在剪切流场中，当分散相与连续相的粘度比(λ)在0.005-4之间时，最容易发生分散相的变形和破碎，从而得到共混效果优良的混合物；而对于粘度比较大的高分子材料，剪切流场的分散效果较差，界面效果弱，因此得到的共混物的塑化与混合效果不佳，难以使共混材料达到最优性能。为弥补这一缺陷，现有技术在进行高分子多相多组分材料共混过程中使用相容剂。相容剂是一种与两种聚合物组分都有较好热力学相容性的物质，一方面可以在两相之间起“乳化作用”，改善共混物的分散性。另一方面，可以起“偶联作用”增加界面强度。

但是，不同的高分子材料共混需要研发不同的相容剂，并且增容效果有限，无法完全发挥共混材料的优势。此外，大多数相容剂的使用会对环境造成污染，以常用的相容剂马来酸酐(MAH)改性聚烯烃树脂为例，马来酸酐通常仅以一个单体的形式直接接到长聚烯烃的主链上，接枝率较低，增容效果有限，这导致在高分子多相多组分材料共混过程中，需要使用大量相容剂，成本较高。而在制备相容剂的过程中需要使用大量马来酸酐及相应溶剂，对环境危害较大。