聚合物共混改性过程中控制分散相粒径的方法介绍

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所属分类：成型加工

在实际共混过程中，得到的共混物的分散相粒径经常比最佳粒径大。因此，通常受到关注的是如何降低分散相的粒径，以及如何使粒径分布趋于均匀。这里介绍可从共混时间、物料粘度等方面加以调节，以降低分散相粒径。

1.共混时间的影响

在共混过程中，分散相粒子破碎的难易与粒子的大小有关。大粒子易于破碎。而小粒子较难破碎。因此，共混过程就伴随着分散相粒径的减小和粒径的自动均匀化过程。因而，为达到降低分散相粒径和使粒径均匀化的目的，应该保证有足够的共混时间。

对于同一共混体系，同样的共混设备，分散相粒径会随共混时间延长而降低，粒径分布也会随之均匀化，直至达到破碎与集聚的动态平衡。

当然，共混时间也不可过长。因为达到或接近平衡粒径后，继续进行共混已经没有降低分散相粒径的效果，而且还会导致高聚物的降解。

此外，通过改变共混设备的结构，提高共混设备的分散效率，可以大大降低所需的共混时间。改善共混组分之间的相容性，也有助于缩短共混时间。

2.共混组分熔体粘度的影响

共混组分的熔体粘度，对于混合过程及分散相的粒径大小有重要影响，是共混工艺中需考虑的重要因素。

(1)分散相粘度与连续相粘度的影响。分散相物料的宏观破碎能E_DK减小，可以使分散相平衡粒径降低。宏观破碎能E_DK决定于分散相物料的熔体粘度，以及其粘弹性。降低分散相物料的熔体粘度，可以使宏观破碎能E_DK降低，进而可以使分散相粒子易于被破碎分散。换言之，降低分散相物料的熔体粘度，将有助于降低分散相粒径。

另外，外界作用于分散相颗粒的剪切力，是通过连续相传递给分散相的。因而，提高连续相的粘度，有助于降低分散相粒径。

因此，提高连续相粘度或降低分散相粘度，都可以使分散相粒径降低。但是，连续相粘度的提高与分散相粘度的降低，都是有一定限度的，是要受到一定制约的。"软包硬"规律就是制约粘度变化的一个重要规律。

(2)"软包硬"规律。在聚合物共混改性中，可将两相体系中熔体粘度较低的一相称为"软相"，而将熔体粘度较高的一相称为"硬相"。理论研究和应用实践都表明，在共混过程中，熔体粘度较低的一相总是倾向于成为连续相，而熔体粘度较高的一相总是倾向于成为分散相。这一规律被形象地称为"软包硬"规律。

需要指出的是，"软包硬"规律涉及的只是一种倾向。倾向于成为连续相的物料组分并不一定就能够成为连续相，对分散相也是一样。这是因为熔体粘度并不是影响共混过程的唯一因素，共混过程还要受许多其他因素的影响，如共混物组成的配比。尽管如此，"软包硬"规律仍然是共混过程中发挥重要作用的因素。

(3)等粘点的作用。综合考虑分散相粘度与连续相粘度对分散相粒径的影响，以及"软包硬"规律，就不难看出，分散相粘度的降低是有限度的，通常不能低于连续相粘度，因为，如果分散相粘度低于连续相粘度，就会变为"软相"，按"软包硬"的规律，就会倾向于成为连续相，而不再成为分散相。同样的，连续相粘度的提高，通常也不高于分散相粘度。

因此可以得到一个推论：在两相粘度接近于相等的情况下，最有利于获得良好的分散结果。两相熔体粘度相等的一点，被称为"等粘点"。在两相粘度相等的情况下，若其他因素不变，可获得最小的分散相粒径。

等粘点理论具有重要的应用意义。以橡胶﹣塑料共混体系为例，一般来讲，橡胶的熔体粘度对温度的变化较为不敏感，而塑料的熔体粘度对温度的变化则较为敏感。相应地，在橡胶与塑料的熔体粘度﹣温度曲线上，就会有一个交汇点。这个交汇点就是等粘点。相交的温度T为等粘点温度，即两相粘度达到相等的温度。在适当的配比范围之内，将橡胶﹣塑料共混体系在高于等粘点温度的温度下共混，这时橡胶粘度较高，是"硬相"，而塑料粘度较低，是"软相"。根据"软包硬"规律，塑料易于成为连续相。若所制备的产品需要以塑料为连续相，则适宜在高于等粘点温度的条件下的共混。反之，在低于T的条件下，橡胶相是"软相"，而塑料相是"硬相"，宜于制备以橡胶为连续相的共混物。

此外，考虑到在接近等粘点的条件下，可获得较小的分散相粒径，所以，宜在略高于或略低于等粘点的条件下共混。

以上讨论的共混方法，是在"一步法"条件下采用的。所谓"一步法"，是指共混过程一步完成的方法。

(4)调控熔体粘度的方法。从以上讨论中可以看出，熔体粘度对共混过程及分散相粒径有重要影响。因而，对熔体粘度进行调控，就成了共混过程中需要考虑的重要因素。

①采用温度调节。温度调节是对熔体粘度进行调控的最有效的方法。利用不同物料对温度变化的敏感性不同，常常可以找到接近于两相等粘点的温度。

②用助剂进行调节。许多助剂，如填充剂、软化剂等，可以调节物料的熔体粘度。譬如，在橡胶中加人炭黑，可以使熔体粘度升高；给橡胶充油，则可以使熔体粘度降低。

③改变分子量。聚合物的分子量也是影响熔体粘度的重要因素。在其他性能许可的条件下，适当调节共混组成的分子量，将有助于熔体粘度的调控。

3.界面张力与相容剂的影响

在关系式R*=12PσΦ_D/π/(ηγ-4PΦ_D E_DK/π)中，降低界面张力σ，也可以使分散相粒径变小。通过添加相容剂的方法，可以改善两相间的界面结合，使界面张力降低，从而使分散相粒径变小。譬如，在聚丙烯与聚酰胺的共混体系中，加入聚丙烯-马来酸酐接枝共聚物作为相容剂，与未加相容剂的共混物相比，加入相容剂的共混的分散相粒径明显变小。利用相容剂来控制分散相粒径的方法，已获得了广泛的应用。