对于多数不具相互混容性的聚合物,虽然可以通过一定的工艺手段使之混合,且可得到具有优异性能的共混物,但在实际工业应用中,并不是任意一种橡胶与塑料并用都能得到满意的效果,它要求共混物的性能必须稳定,共混工艺简单,并可降低成本。
为提高并用橡胶(或橡胶与塑料)的相容性,以便通过机械共混得到宏观均相微观非均相体系,从而获得良好的物理机械性能,在橡胶(或橡塑)并用时,须依照如下原则来选择并用的橡胶(或橡胶与塑料)。
(1)极性相近原则聚合物分子极性的不同对并用体系的性能有着重要的影响。在制造胶浆选择溶剂时,通常极性橡胶选用极性溶剂,非极性橡胶选用非极性或极性很小的溶剂,即遵守“相似相溶”原理。
并用的橡胶(或橡胶与塑料)极性越相近时,越易互容。橡胶(或塑料)由于分子结构中侧链基团不同或结构对称程度不同,而带有强弱不等的极性。常用橡胶以丁睛橡胶极性较大,丁基橡胶极性较小。塑料的极性也有强弱之分。如聚乙烯,因没有极性基团和结构高度对称,属于非极性类型,而聚氯乙烯由于存在大量电负性大的氯原子而呈较强极性。
(2)溶解度参数相近原则为使并用橡胶(或橡胶与塑料)有一定的相溶性,它们的溶解度参数(内聚能密度的开方值)必须相近。因为,当两种橡胶(或橡胶与塑料)溶解度参数相近时,表明两者分子间作用力与各自分子间作用力相近,这有利于在共混时分子链和链段的相互扩散。反之,如果二者的溶解度参数相差悬殊,则共混时分子间作用力大的(即内聚能密度大的)必然紧缩成团,使分子间作用力小的难于和它相混合。一般来说,当两种橡胶(或橡胶与塑料)的溶解度参数值之差相近时,它们的分子间内聚能相差较小,有利于两者的分子链相互扩散,形成较为稳定的界面结构,外观上容易混合均匀,表现出良好的混容性。
在聚合物并用中,如果并用两组分的溶解度参数δ相差越大,则共混物的物理机械性能差别也越大。
PVC/NBR并用时,拉伸强度随内聚能E的增大而减小,即两者的溶解度参数δ越接近,强度越高。
(3)黏度相近原则如前所述,并用橡胶(或橡胶与塑料)的黏度越接近时,共混后的分散效果越好,分散相的尺寸越小,有利于形成宏观均相微观非均相体系。
影响高聚物黏度的因素很多,其中最主要的是分子量。分子量越大,黏度也越高。这表明高聚物分子间作用力大,致使分子链和链段运动、位移和扩散越困难。为此,生产中当天然橡胶与丁苯橡胶或顺丁橡胶并用时,先将天然橡胶进行塑炼,使其薪度(即分子量)下降至与丁苯橡胶或顺丁橡胶的黏度(即分子量)相当时再进行共混,以使并用体系获得良好的性能。
黏度对并用体系相容性的影响要比分子结构的影响大得多。在天然橡胶和异戊橡胶并用体系中,两并用组分的结构相同。但当二者薪度悬殊时,体系的相容性差,共混后的分散效果不好,并用胶的胶相结构粗大。
(4)表面张力相近原则三并用橡胶(橡胶或塑料)的表面张力相近,在共混两相之间易于浸润和接触,则相互扩散越容易,而且两相界面结合得也越好。在选择与聚丙烯共混改性的橡胶时,可考虑乙丙橡胶或顺丁橡胶,因为它们的表面张力与聚丙烯相近。从极性来看,选择聚丙烯/乙丙橡胶、聚丙烯/顺丁橡胶并用,皆属非极性高聚物并用体系,具有一定的相容性。并且由于聚丙烯与乙丙橡胶、顺丁橡胶的表面张力相近,因而并用体系的界面结合得好,性能优异。