無機(jī)粒子對不相容高分子共混物相結(jié)構(gòu)的影響

唐 群，何 亮，鄒志明

（桂林理工大學(xué) 化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西桂林 541004）

無機(jī)粒子對不相容高分子共混物相結(jié)構(gòu)的影響

唐 群，何 亮，鄒志明

（桂林理工大學(xué) 化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西桂林 541004）

近年來，人們發(fā)現(xiàn)無機(jī)粒子可代替?zhèn)鹘y(tǒng)“分子增容劑”來調(diào)控與穩(wěn)定不相容高分子共混物的相結(jié)構(gòu)，在制備新型高分子復(fù)合材料方面有著巨大的潛力。主要探討了無機(jī)粒子對不相容高分子共混物相結(jié)構(gòu)的影響。

無機(jī)粒子；不相容高分子；相結(jié)構(gòu)

1 無機(jī)粒子對不相容高分子共混物的增容作用

圖1 A固體粒子吸附在液/液界面處，此處θ<90°，表示粒子優(yōu)先被流體1潤濕；B皮克林乳液，其中流體2分散相液滴被吸附在界面處的粒子所穩(wěn)定；C粒子擁擠在界面處，形成堵塞的粒子層結(jié)構(gòu)；D單層粒子膜，橋連兩流體/流體相界面。

在不相容的兩相流體中，具有部分潤濕性能的無機(jī)粒子趨向于吸附在兩相之間的界面處，如圖1.A所示。類似于表面活性劑，這種具有界面吸附性的粒子能夠穩(wěn)定水/油乳液（見圖1.B），即所謂的Pickering乳液。Pickering乳液的穩(wěn)定通常主要?dú)w因于分散相液滴表面處所形成的稠密粒子層結(jié)構(gòu)，它具有空間位阻效應(yīng)、能有效地抑制分散相液滴的聚并行為。最近，人們借鑒無機(jī)粒子穩(wěn)定乳液的思想，利用無機(jī)粒子在界面處的聚集來增容不相容高分子共混物。到目前為止，許多科學(xué)家已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)、理論以及模擬的角度出發(fā)，細(xì)致研究了多種無機(jī)粒子（如粘土、炭黑、石墨烯、二氧化硅、二氧化鈦、玻璃珠等）對不相容高分子共混體系的增容作用。無機(jī)粒子對不相容高分子共混物的增容作用主要表現(xiàn)在其能顯著地減小分散相的尺寸。大量的研究表明，無機(jī)粒子的增容作用與其在共混物中的分布密切相關(guān)，當(dāng)這些無機(jī)粒子主要分布在兩相界面處時(shí)，它們能夠表現(xiàn)出明顯的增容作用[2]。此外，無機(jī)粒子對不相容高分子共混物的增容效率與粒子的性質(zhì)（包括濃度、大小、形狀以及表面特性等）、兩種高分子組分的粘度和分子性質(zhì)以及制樣方式等因素密切相關(guān)。因此，可以通過控制無機(jī)粒子的濃度、大小、形狀、表面特性以及制樣方式等因素，來調(diào)控粒子在不相容共混物的分布情況，從而有效地提高其對不相容高分子共混物的增容效果，進(jìn)而提高材料的性能。

2 無機(jī)粒子對不相容高分子共混物相結(jié)構(gòu)的影響

除了能提高不相容高分子共混物的相容性，無機(jī)粒子還能極大地影響共混物的相結(jié)構(gòu)與形貌。在Pickering乳液中容易觀察到一個特別有趣的現(xiàn)象即“界面堵塞”行為——粒子能夠堵塞液/液兩相界面、從而導(dǎo)致非球形相結(jié)構(gòu)的形成。如圖1C所示，當(dāng)濃度足夠高的粒子吸附在液/液界面處時(shí)，它們能夠在界面處形成堵塞的粒子層結(jié)構(gòu)。由于堵塞界面的不可移動性，這種堵塞的粒子層結(jié)構(gòu)能夠捕獲非球形液滴。在具有海島相結(jié)構(gòu)的不相容高分子共混物體系中，也可以觀察到了這種“界面堵塞”行為，即無機(jī)粒子在分散相液滴表面處的覆蓋程度足夠高時(shí)，它們能堵塞分散相的界面，從而在動力學(xué)上穩(wěn)定非球形分散相液滴。在具有雙連續(xù)相形貌的不相容高分子共混物中也能觀察到類似的界面堵塞行為，人們發(fā)現(xiàn)堵塞在界面處的無機(jī)粒子能夠阻止相區(qū)的進(jìn)一步粗化，最終導(dǎo)致雙連續(xù)界面堵塞乳膠（bijels）結(jié)構(gòu)的形成。此外，橋連兩流體界面的粒子（如圖1.D所示）提供了另一種可調(diào)控多相流體體系相結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性與流變性能的途徑。當(dāng)無機(jī)粒子優(yōu)先被連續(xù)相潤濕時(shí)，它們通常能夠?qū)⒎稚⑾嘁旱螛蜻B起來形成液滴簇群結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的共混物呈現(xiàn)出類凝膠的（gel-like）流變性能。需要強(qiáng)調(diào)的是，在適當(dāng)?shù)募羟袌鲎饔孟?，無機(jī)粒子的加入還能夠?qū)е鹿不煳镏写疇睿╯tring-like）結(jié)構(gòu)的形成，這些結(jié)構(gòu)的形成通?？蓺w因于無機(jī)粒子對分散相液滴聚并行為的促進(jìn)作用。

3 無機(jī)粒子對不相容高分子共混物性能的影響

通過無機(jī)粒子在不相容高分子共混物中的誘導(dǎo)效應(yīng)來調(diào)控、獲得一些新穎的形態(tài)結(jié)構(gòu)，極有可能賦予材料優(yōu)異的性能。因此，無機(jī)粒子的加入可以用來改善不相容高分子共混物的力學(xué)性能、熱性能、電性能、光學(xué)性能、流變性能等[3]。

4 結(jié)束語

綜上所述，通過控制無機(jī)粒子填充不相容高分子共混體系的分子結(jié)構(gòu)、粒子特性、組成等因素，能夠調(diào)控共混物的結(jié)構(gòu)與性能，是高分子材料高性能化的新途徑。因此，研究無機(jī)粒子對不相容高分子共混物相結(jié)構(gòu)與性能的影響，無論在基礎(chǔ)研究還是實(shí)際應(yīng)用中都有著重大的意義。

[1]于清泉，楊其，黃亞江.填料對不相容聚合物共混物相結(jié)構(gòu)的影響及其應(yīng)用[J].塑料工業(yè),2008，（36）：216-220.

[2]黃亞江，楊其，李光憲.含無機(jī)粒子的多組分高分子體系：結(jié)構(gòu)形成及應(yīng)用[J].中國材料進(jìn)展,2014，33（4）：193-200.

Effect of Inorganic Particles of IncoMPatible Polymer Blends Phase Structure

Tang Qun，He Liang，Zou Zhi-ming

In recent years，it was found that the inorganic particles instead of the traditional “molecular coMPatibilizer” to control and stabilize the phase structure of incoMPatible polymer blends，has great potential in the preparation of new polymer composite materials.This paper analyzes the iMPact of inorganic particles of incoMPatible polymer blends phase structure.

inorganic particles；incoMPatible polymer；phase structure為了獲得綜合性能優(yōu)異的高分子材料，共混改性技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一種卓有成效的途徑。然而由于大多數(shù)高分子之間在熱力學(xué)上的不相容性，它們在共混中極易發(fā)生相分離，從而導(dǎo)致較弱的兩相界面作用力，這對材料的性能是極其不利的。為了改善高分子共混物的相容性，有效地提高兩相界面作用力，往往需要向共混物中加入增容劑。近年來，人們發(fā)現(xiàn)無機(jī)粒子可代替?zhèn)鹘y(tǒng)“分子增容劑”（如嵌段共聚物）來實(shí)現(xiàn)增容作用。與“分子增容劑”相比，無機(jī)粒子具有明顯的優(yōu)勢，如成本更低、適用范圍更寬等。除了增容作用外，無機(jī)粒子的加入還能夠顯著地影響高分子共混物的相形態(tài)結(jié)構(gòu)與性能[1]。因此，無機(jī)粒子在制備新型高分子復(fù)合材料方面有著巨大的潛力。

G4

B

1003–6490（2016）04–0076–01

2016–04–20

廣西高?？蒲许?xiàng)目（教育廳KY2015LX115，教育廳KY2015LX121），桂林理工大學(xué)博士啟動項(xiàng)目。

唐群（1985—），女，廣西桂林人，講師，主要研究方向?yàn)楣δ芘浜衔铩?/p>