無機粒子對不相容高分子共混物相結構的影響

唐 群，何 亮，鄒志明

（桂林理工大學 化學與生物工程學院，廣西桂林 541004）

無機粒子對不相容高分子共混物相結構的影響

唐 群，何 亮，鄒志明

（桂林理工大學 化學與生物工程學院，廣西桂林 541004）

近年來，人們發現無機粒子可代替傳統“分子增容劑”來調控與穩定不相容高分子共混物的相結構，在制備新型高分子復合材料方面有著巨大的潛力。主要探討了無機粒子對不相容高分子共混物相結構的影響。

無機粒子；不相容高分子；相結構

1 無機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定；C粒子擁擠在界面處，形成堵塞的粒子層結構；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定水/油乳液（見圖1.B），即所謂的Pickering乳液。Pickering乳液的穩定通常主要歸因于分散相液滴表面處所形成的稠密粒子層結構，它具有空間位阻效應、能有效地抑制分散相液滴的聚并行為。最近，人們借鑒無機粒子穩定乳液的思想，利用無機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，許多科學家已經從實驗、理論以及模擬的角度出發，細致研究了多種無機粒子（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。無機粒子對不相容高分子共混物的增容作用主要表現在其能顯著地減小分散相的尺寸。大量的研究表明，無機粒子的增容作用與其在共混物中的分布密切相關，當這些無機粒子主要分布在兩相界面處時，它們能夠表現出明顯的增容作用[2]。此外，無機粒子對不相容高分子共混物的增容效率與粒子的性質（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以及制樣方式等因素密切相關。因此，可以通過控制無機粒子的濃度、大小、形狀、表面特性以及制樣方式等因素，來調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，進而提高材料的性能。

2 無機粒子對不相容高分子共混物相結構的影響

除了能提高不相容高分子共混物的相容性，無機粒子還能極大地影響共混物的相結構與形貌。在Pickering乳液中容易觀察到一個特別有趣的現象即“界面堵塞”行為——粒子能夠堵塞液/液兩相界面、從而導致非球形相結構的形成。如圖1C所示，當濃度足夠高的粒子吸附在液/液界面處時，它們能夠在界面處形成堵塞的粒子層結構。由于堵塞界面的不可移動性，這種堵塞的粒子層結構能夠捕獲非球形液滴。在具有海島相結構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，即無機粒子在分散相液滴表面處的覆蓋程度足夠高時，它們能堵塞分散相的界面，從而在動力學上穩定非球形分散相液滴。在具有雙連續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，人們發現堵塞在界面處的無機粒子能夠阻止相區的進一步粗化，最終導致雙連續界面堵塞乳膠（bijels）結構的形成。此外，橋連兩流體界面的粒子（如圖1.D所示）提供了另一種可調控多相流體體系相結構、穩定性與流變性能的途徑。當無機粒子優先被連續相潤濕時，它們通常能夠將分散相液滴橋連起來形成液滴簇群結構，相應的共混物呈現出類凝膠的（gel-like）流變性能。需要強調的是，在適當的剪切場作用下，無機粒子的加入還能夠導致共混物中串狀（string-like）結構的形成，這些結構的形成通常可歸因于無機粒子對分散相液滴聚并行為的促進作用。

3 無機粒子對不相容高分子共混物性能的影響

通過無機粒子在不相容高分子共混物中的誘導效應來調控、獲得一些新穎的形態結構，極有可能賦予材料優異的性能。因此，無機粒子的加入可以用來改善不相容高分子共混物的力學性能、熱性能、電性能、光學性能、流變性能等[3]。

4 結束語

綜上所述，通過控制無機粒子填充不相容高分子共混體系的分子結構、粒子特性、組成等因素，能夠調控共混物的結構與性能，是高分子材料高性能化的新途徑。因此，研究無機粒子對不相容高分子共混物相結構與性能的影響，無論在基礎研究還是實際應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構的影響及其應用[J].塑料工業,2008，（36）：216-220.

[2]黃亞江，楊其，李光憲.含無機粒子的多組分高分子體系：結構形成及應用[J].中國材料進展,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異的高分子材料，共混改性技術已經發展成為一種卓有成效的途徑。然而由于大多數高分子之間在熱力學上的不相容性，它們在共混中極易發生相分離，從而導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，人們發現無機粒子可代替傳統“分子增容劑”（如嵌段共聚物）來實現增容作用。與“分子增容劑”相比，無機粒子具有明顯的優勢，如成本更低、適用范圍更寬等。除了增容作用外，無機粒子的加入還能夠顯著地影響高分子共混物的相形態結構與性能[1]。因此，無機粒子在制備新型高分子復合材料方面有著巨大的潛力。

G4

B

1003–6490（2016）04–0076–01

2016–04–20

廣西高校科研項目（教育廳KY2015LX115，教育廳KY2015LX121），桂林理工大學博士啟動項目。

唐群（1985—），女，廣西桂林人，講師，主要研究方向為功能配合物。