塑料配方中的树脂与助剂相容性原则

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：两种非晶态配方组分相容性好，如PVC/NBR、PVC/EVA及PS/PPO等。树脂与助剂的粒径越接近，越有利于混均匀。例如聚乙烯碳酸钙填充母料配方中，大量的碳酸钙为1250目的微细粉末，如果选择微细的聚乙烯树脂粉末为载体，配方的混合均匀性就会大大提高。在具体选择配方的各个组分时，要选用酸碱性相近的组分，如果选用酸性、碱性组合用于相互发生化学反应，就会丧失助剂原有的性能。

判断不同组分的相容性如何，一条根本的原则即相似者相容，这里所指的相似又可分为如下几个方面。

不同组分的混合过程实际上是分子链间相互扩散的过程，受到分子链之间作用的制约。

分子链间相互作用力的大小，可用溶度参数来表示。溶度参数的符号为δ，其数值为单位体积内聚能密度的平方根。

不同组分之间的相容性好坏，可用其溶度参数δ之差来衡量，即δ越接近，其相容性越好。不同相对分子质量的共混组分，对δ的接近程度要求也不同。

①小分子。对于共混小分子组分，其溶度参数差｜δ_A-δ_B｜＜1.5，即视为相容性好，例如CCl₄的δ_A=8.6，天然橡胶的δ_B=7.95，｜δ_A-δ_B｜=0.65＜1.5，所以，天然橡胶可溶于CCl₄中。

②高分子。高分子组分之间的相容规律为：｜δ_A-δ_B｜＜0.5，且分子量越大，对其差值要求越小，也就是说，高相对分子质量的不同组分更不容易相容，例如PVC的δ_A为9.4～9.7，而NBR的δ_B=9.3～9.5，｜δ_A-δ_B｜＜0.5，所以PVC/NBR相容性好，可用于PVC增韧体系；再如，PS与PB的溶度参数差大于0.7，两者的相容性差；PVC与PS的溶度参数差大于1，两者基本不相容。

对于溶度参数相近原则，特别值得一提的是，此原则只适用于非极性组分之间和非结晶组分之间，而不适用于极性组分之间和结晶组分之间，其原因为δ只表示分子间的色散力，而不表示极性组分之间的偶极力及氢键。因此，不能完全表征分子间的作用力大小。对于极性组分，要衡量其相容性大小，需选用三维溶度参数都相近原则，其中δ_d表示色散力，δ_p表示偶极力，δ_h表示氢键力。

极性相近原则为不同配方组分之间的极性越相近，其相容性越好。即极性组分/极性组分、非极性组分/非极性组分之间具有良好的相容性，例如PVC/NBR、PVC/EVA、PVC/PCL之间极性相近，其相容性好。

另外，配方中组分的极性越大，其相容性越好；而非极性组分的相容性大都比较差。

极性判断相容性的公式为：极/极＞非极/非极＞极/非极。

极性组分与非极性组分之间一般不相容，如PVC/PC、PVC/PS、PS/PC及PA/PP等。

极性相近原则有些例外，如PVC/CR、PVC/CPE极性相近，但不相容；而PS/PPO两种极性不同组分，相容性反而好。

结构相近原则为不同配方组分的结构越接近，其相容性越好。

所谓结构相近，是指各自组成的分子链中含有相同或相近的结构单元。如PS和PPO分子链中都含有芳香基团，因而，其相容性很好。

结晶能力相近原则为不同配方组分的结晶能力越接近，其相容性越好。

结晶能力是指可否结晶、结晶难易和最大结晶度。

两种非晶态配方组分相容性好，如PVC/NBR、PVC/EVA及PS/PPO等。

而两种晶态/非晶态、晶态/晶态组分的相容性差，而且只有在混晶时才相容，如PVC/PCL、PBT/PET及PA/PE等。

值得提及的是，在配方组分熔融状态互混时，晶态已被破坏，不受结晶能力原则限制。

相近原则为不同配方组分的表面张力γ越接近，其相容性越好。

配方中组分熔融时，与乳状液相似，其稳定性及分散度由界面两相的表面张力γ决定，γ越接近，两相间的浸润、接触及扩散越好，界面的结合也越好。

常见的树脂表面张力γ如表1-11所示。

表1-11 常见的树脂表面张力γ

从表1-11中可以看出，PP、PE与顺丁橡胶、天然橡胶、乙丙橡胶表面张力最相近。因此其相容性很好，尤其PP/EPDM是典型的增韧共混体系。

流动性的表现指标为黏度和熔体流动指数，在配方设计中不同配方组分的流动性越接近，其各组分之间的相容性就越好。因为配方组分的流动性不同，在熔融混合过程中的移动速度不同，会造成混合的不均匀性。

对于固体、液体形态的助剂，当加入量大时，助剂的形态应该与树脂一样，这样有利于混合均匀。如早期的PC/ABS合金阻燃剂为液体的RDP磷系阻燃剂，加入到固体的PC和ABS树脂中比较困难，往往需要液体泵从中间加入。近年来已经将液体的RDP阻燃剂升级为固体的RDP阻燃剂，这样混合起来就很方便了。

树脂与助剂的粒径越接近，越有利于混均匀。例如聚乙烯碳酸钙填充母料配方中，大量的碳酸钙为1250目的微细粉末，如果选择微细的聚乙烯树脂粉末为载体，配方的混合均匀性就会大大提高。

两种树脂要形成聚合物合金，不论是在合金形成过程中采用熔融共混或溶液共混，但在合金形成后加工制品的过程中都要采用熔融加工的方式进行，也就是合金要经历高温加工。如果两种树脂的加工温度相差很大，一个树脂已经充分流动、而另外一个还不能流动，就会影响合金的加工性能。更极端的是一种树脂可以进行流动了，而另外一种在达到流动温度之前却发生热分解了。这样的合金就无法用熔融方法进行加工，存在意义就不大了。

举个实例，ABS/PVC合金具有应用价值就是其加工温度都在160℃左右，未超过PVC的热分解温度170℃。而如果用PET与PVC之间进行共混，PET的流动温度在270℃，而此时PVC早已经发生热分解了，因此两种难以形成合金。

不同树脂的酸碱性不同：碱性树脂有ABS、AS和PA，中性树脂有：PE、PP、PS，酸性树脂有：PVC、PC、POM、PET、PBT、PMMA、PPS、PPO、LCP等。不同助剂的酸碱性不同：碳酸钙、滑石粉等为碱性，而氧化钙则为强碱性。在具体选择配方的各个组分时，要选用酸碱性相近的组分，如果选用酸性、碱性组合用于相互发生化学反应，就会丧失助剂原有的性能。

塑料配方中的树脂与助剂相容性原则

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