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2.2 有機包復(fù)，三元共混理論    在研制透明薄膜母料工作中，我們采用了最重要的三元復(fù)合理論，即有機包復(fù)、三元共混理論。在過去的工作中，我們已經(jīng)熟悉了二元復(fù)合理論，即聚合物/無機粉體復(fù)合體系。但是無機填料的加入，隨著添加量的增加，雖然材料剛性增加了，但材料的韌性指標(biāo)卻急劇下降了，如缺口沖擊強度，拉伸強度，斷裂伸長率均大幅度下降，這就影響到填料的使用。     現(xiàn)在，我們關(guān)注三元復(fù)合理論，即聚合物/彈性體/無機粉體復(fù)合體系。     （1）理論的建立：2002年作者和中科院化學(xué)所歐玉春研究員發(fā)現(xiàn)：     a、有機增韌理論：在塑料技術(shù)發(fā)展過程中，使用橡膠粒子與塑料進行共混改性即使用有機粒子——彈性體作為增韌劑，可以達到增韌的目的，產(chǎn)生出SBS等一大批新材料，已經(jīng)在工業(yè)上獲得廣泛的應(yīng)用如彈性鞋底材料、防水卷材等已經(jīng)發(fā)展成為較成熟的有機增韌理論。但是有機彈性體增韌塑料，雖然獲得理想的韌性卻損害了復(fù)合材料寶貴的剛性和強度，劣化了加工流動性和耐熱變形性，提高了成本，因而有一定的局限性。這就是另一類二元復(fù)合體系，即聚合物/橡膠二元復(fù)合體系。     b、無機剛性粒子增韌理論：隨著無機粒子的超細化特別是微米粒子和納米粒子出現(xiàn)以后，人們已經(jīng)不再把無機粉體當(dāng)作廉價填料看待?，F(xiàn)在人們認(rèn)為當(dāng)無機超細粒子存在時基體樹脂裂紋擴展受阻和鈍化可以最終阻止裂紋不致發(fā)展成裂縫。無機剛性粒子的存在還可以產(chǎn)生應(yīng)力集中效應(yīng)，易引發(fā)周圍樹脂產(chǎn)生微裂紋，吸收一定變形功和沖擊能使材料不至破壞，這就是所謂的無機剛性粒子增韌理論。     c、有機包覆、三元共混理論（國外又稱殼/核理論）：這時，我們在設(shè)想這樣的問題，能不能把這兩個理論的優(yōu)點結(jié)合起來，克服它們的缺點，形成一個更好的理論？順著這個思路我們從三個方面入手：     （1）橡膠共混塑料，其橡膠粒子是柔軟的可壓縮性很大。一個橡膠粒子在外力作用下可以壓縮到它本身體積很小的比例如1/5-1/10，當(dāng)外力消失后它又可迅速地恢復(fù)原體積。這就是它能夠提高韌性的優(yōu)點。但它的缺點是它柔軟性太好了。當(dāng)用它制成制品時，一遇到外力迅速壓縮變形，帶動整個制品剛性和強度的下降，甚至破壞。能不能把這個柔軟性太好的缺點改進呢？例如當(dāng)這個粒子受外力作用時，它的形變不要太大，如只形 變很小一部分，只要能吸收外力就行，哪怕是一小點點，例如1/5-1/10。這樣一來，當(dāng)遇外力時它可以變形小一點如保持原體積的4/5-9/10，借此釋放沖擊能量，保持韌性。另一方面較小的形變不會影響整個制品的剛性和強度。（2）上述思路指導(dǎo)我們設(shè)計一種微觀的“復(fù)合粒子”，不再是單一無機粉體制成的“硬球”，也不是由單一橡膠制成的“軟球”，而是一種復(fù)合球，復(fù)合粒子，它的內(nèi)部稱為核，是由無機粉體構(gòu)成的硬核，它的表面是薄薄一層由橡膠構(gòu)成的軟殼。其中內(nèi)部的核是由無機粉體構(gòu)成占總體積的9/10-4/5。它的表面是由有機橡膠構(gòu)成的殼，其體積為總體積的1/5-1/10。即所謂“殼一核”結(jié)構(gòu)。（3）上述設(shè)計完成的關(guān)鍵有兩點。首先是用少量橡膠、助劑來包覆大量的無機超細粉體，這種技術(shù)稱為有機包覆技術(shù)。其次是將有機包覆完成后的殼一核材料或稱具有無機填料硬核和橡膠柔軟層一殼的二元填料填于其他聚烯烴樹脂或工程塑料中，則一定要先造粒，作成母料或?qū)Ｓ昧显偌尤氲侥撤N樹脂中如PE。這樣一來，由于橡膠的使用已從聚合物的填充改性發(fā)展到聚合物的共混改性。由于無機填料、橡膠、塑料三者的存在已經(jīng)構(gòu)成三元復(fù)合體系，所以這種新型改性材料就被稱為：“有機包覆、三元共混體系”材料。 （2）模型的建立對于有機包覆、三元共混體系，我們著手建立模型a、普通無機粒子用偶聯(lián)劑改性：b、三元共混體系中填料分散情況：在無機填料、橡膠、塑料三元體系中，填料的分散情況分為四種：A、填料、橡膠各自分散于基體之中：B、橡膠相分散于基體之中，填料既進入橡膠相又進入基體相：C、填料集中在橡膠表面：D、橡膠包覆填料然后進入基體。其中A、B、C類分散屬于普通型，效果不好，而D類就是我們希望看到的有機包覆、三元共混體系，它有顯著的增強、增韌效果。(3)有機包覆、三元共混改性料加工方法：有機包覆、三元共混改性料是怎樣加工出來的，國外大公司常使用溶液包覆法，乳液法，多步熔融法和反應(yīng)性加工法。方法復(fù)雜，效果不好，我們是采用母料法。（4）加工技術(shù)要點：建立有機包覆、三元共混體系生產(chǎn)新型增強增韌改性料的工業(yè)化方法，必需解決以下三個方面的問題：a、選擇橡膠：在選擇何種橡膠做軟殼材料時所遵循的原則是相容性原則，即選擇和基體樹脂相容性好的橡膠品種來做殼的材料。例如對PP、PE選擇三元乙丙橡膠或POE（乙烯和辛烯共聚物）；對PVC選擇丁晴橡膠或1、2聚丁二烯等彈性體。b、選擇加工方法：與外國公司不同我們選擇填充母料加工法。c、母料法技術(shù)關(guān)鍵：A、用少量橡膠包覆大量無機粉體；B、在位形成剛性粒子——硬核無機填料/軟殼——橡膠特定的復(fù)合粒子；C、通過雙螺桿擠出機實現(xiàn)填充母料連續(xù)化生產(chǎn)；D、填充母料重新在高分子基體中迅速均勻分散。解決這些關(guān)鍵技術(shù)的條件分別是：表面自由能、極性和化學(xué)作用的匹配。體系各組分粘度的調(diào)節(jié)，加工設(shè)備和加工工藝的控制。