无机粒子对不相容高分子共混物相结构的影响

唐 群，何 亮，邹志明

（桂林理工大学 化学与生物工程学院，广西桂林 541004）

无机粒子对不相容高分子共混物相结构的影响

唐 群，何 亮，邹志明

（桂林理工大学 化学与生物工程学院，广西桂林 541004）

近年来，人们发现无机粒子可代替传统“分子增容剂”来调控与稳定不相容高分子共混物的相结构，在制备新型高分子复合材料方面有着巨大的潜力。主要探讨了无机粒子对不相容高分子共混物相结构的影响。

无机粒子；不相容高分子；相结构

1 无机粒子对不相容高分子共混物的增容作用

图1 A固体粒子吸附在液/液界面处，此处θ<90°，表示粒子优先被流体1润湿；B皮克林乳液，其中流体2分散相液滴被吸附在界面处的粒子所稳定；C粒子拥挤在界面处，形成堵塞的粒子层结构；D单层粒子膜，桥连两流体/流体相界面。

在不相容的两相流体中，具有部分润湿性能的无机粒子趋向于吸附在两相之间的界面处，如图1.A所示。类似于表面活性剂，这种具有界面吸附性的粒子能够稳定水/油乳液（见图1.B），即所谓的Pickering乳液。Pickering乳液的稳定通常主要归因于分散相液滴表面处所形成的稠密粒子层结构，它具有空间位阻效应、能有效地抑制分散相液滴的聚并行为。最近，人们借鉴无机粒子稳定乳液的思想，利用无机粒子在界面处的聚集来增容不相容高分子共混物。到目前为止，许多科学家已经从实验、理论以及模拟的角度出发，细致研究了多种无机粒子（如粘土、炭黑、石墨烯、二氧化硅、二氧化钛、玻璃珠等）对不相容高分子共混体系的增容作用。无机粒子对不相容高分子共混物的增容作用主要表现在其能显著地减小分散相的尺寸。大量的研究表明，无机粒子的增容作用与其在共混物中的分布密切相关，当这些无机粒子主要分布在两相界面处时，它们能够表现出明显的增容作用[2]。此外，无机粒子对不相容高分子共混物的增容效率与粒子的性质（包括浓度、大小、形状以及表面特性等）、两种高分子组分的粘度和分子性质以及制样方式等因素密切相关。因此，可以通过控制无机粒子的浓度、大小、形状、表面特性以及制样方式等因素，来调控粒子在不相容共混物的分布情况，从而有效地提高其对不相容高分子共混物的增容效果，进而提高材料的性能。

2 无机粒子对不相容高分子共混物相结构的影响

除了能提高不相容高分子共混物的相容性，无机粒子还能极大地影响共混物的相结构与形貌。在Pickering乳液中容易观察到一个特别有趣的现象即“界面堵塞”行为——粒子能够堵塞液/液两相界面、从而导致非球形相结构的形成。如图1C所示，当浓度足够高的粒子吸附在液/液界面处时，它们能够在界面处形成堵塞的粒子层结构。由于堵塞界面的不可移动性，这种堵塞的粒子层结构能够捕获非球形液滴。在具有海岛相结构的不相容高分子共混物体系中，也可以观察到了这种“界面堵塞”行为，即无机粒子在分散相液滴表面处的覆盖程度足够高时，它们能堵塞分散相的界面，从而在动力学上稳定非球形分散相液滴。在具有双连续相形貌的不相容高分子共混物中也能观察到类似的界面堵塞行为，人们发现堵塞在界面处的无机粒子能够阻止相区的进一步粗化，最终导致双连续界面堵塞乳胶（bijels）结构的形成。此外，桥连两流体界面的粒子（如图1.D所示）提供了另一种可调控多相流体体系相结构、稳定性与流变性能的途径。当无机粒子优先被连续相润湿时，它们通常能够将分散相液滴桥连起来形成液滴簇群结构，相应的共混物呈现出类凝胶的（gel-like）流变性能。需要强调的是，在适当的剪切场作用下，无机粒子的加入还能够导致共混物中串状（string-like）结构的形成，这些结构的形成通常可归因于无机粒子对分散相液滴聚并行为的促进作用。

3 无机粒子对不相容高分子共混物性能的影响

通过无机粒子在不相容高分子共混物中的诱导效应来调控、获得一些新颖的形态结构，极有可能赋予材料优异的性能。因此，无机粒子的加入可以用来改善不相容高分子共混物的力学性能、热性能、电性能、光学性能、流变性能等[3]。

4 结束语

综上所述，通过控制无机粒子填充不相容高分子共混体系的分子结构、粒子特性、组成等因素，能够调控共混物的结构与性能，是高分子材料高性能化的新途径。因此，研究无机粒子对不相容高分子共混物相结构与性能的影响，无论在基础研究还是实际应用中都有着重大的意义。

[1]于清泉，杨其，黄亚江.填料对不相容聚合物共混物相结构的影响及其应用[J].塑料工业,2008，（36）：216-220.

[2]黄亚江，杨其，李光宪.含无机粒子的多组分高分子体系：结构形成及应用[J].中国材料进展,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为了获得综合性能优异的高分子材料，共混改性技术已经发展成为一种卓有成效的途径。然而由于大多数高分子之间在热力学上的不相容性，它们在共混中极易发生相分离，从而导致较弱的两相界面作用力，这对材料的性能是极其不利的。为了改善高分子共混物的相容性，有效地提高两相界面作用力，往往需要向共混物中加入增容剂。近年来，人们发现无机粒子可代替传统“分子增容剂”（如嵌段共聚物）来实现增容作用。与“分子增容剂”相比，无机粒子具有明显的优势，如成本更低、适用范围更宽等。除了增容作用外，无机粒子的加入还能够显著地影响高分子共混物的相形态结构与性能[1]。因此，无机粒子在制备新型高分子复合材料方面有着巨大的潜力。

G4

B

1003–6490（2016）04–0076–01

2016–04–20

广西高校科研项目（教育厅KY2015LX115，教育厅KY2015LX121），桂林理工大学博士启动项目。

唐群（1985—），女，广西桂林人，讲师，主要研究方向为功能配合物。