Vier Hauptmethoden zur physikalischen Mischungsmodifikation von Polymermaterialien

Einführung in die physische Mischung

Die Polymermodifikation kann im Allgemeinen in physikalische Mischung und chemische Mischung unterteilt werden, je nachdem, ob sich die chemische Struktur des Materials ändert. Die physische Mischung, auch mechanische Mischung genannt, beruht auf physikalischen Kräften, um Materialmischung zu erreichen. Dieser Prozess wird typischerweise unter Verwendung von Polymermisch- oder Compoundierungsgeräten wie Mischern, Kneetern oder Extrudern durchgeführt.

Die meisten Polymermischungen können mithilfe physikalischer Mischmethoden vorbereitet werden. Während der Prozess hauptsächlich physikalische Veränderungen beinhaltet, können die kombinierten Auswirkungen von Wärme und starker mechanischer Scherung eine begrenzte Kettenspaltung verursachen, wodurch Makroradikale und eine kleine Anzahl von Block- oder Transplantatcopolymeren erzeugt werden. Diese geringfügigen chemischen Reaktionen treten normalerweise an der Grenzfläche zwischen verschiedenen Komponenten auf, sind jedoch nicht der dominierende Mechanismus.

Basierend auf physischer Form kann die physische Mischung in vier Kategorien eingeteilt werden: Pulvermischung, Schmelzmischung, Lösungsmischung und Emulsionsmischung.

1. Pulvermischung (Trockenmischung)

Bei der Pulvermischung werden zwei oder mehr Polymerpulver mit allgemeiner Kunststoffmischungsausrüstung gemischt, um eine gleichmäßige Pulvermischung zu bilden. Additive wie Stabilisatoren, Füllstoffe oder Pigmente können gleichzeitig eingeführt werden.

Die gemischten Pulver können direkt durch Kompressionsformung, Kalender, Injektionsform oder Extrusion oder zum ersten Pelletieren für eine bessere Handhabung verarbeitet werden.

• Vorteile: Einfache Ausrüstung und einfacher Betrieb.

• Nachteile: Geeignet hauptsächlich für Polymere in Pulverform. Schwierige Polymere wie Nylon oder Polycarbonat sind schwer zu pulverisieren und erfordert häufig kryogenes Mahlen, was den Energieverbrauch und die Kosten erhöht.

Da die Pulver unter die viskose Flusstemperatur des Polymers gemischt sind, ist die Dispersion häufig schlecht, was zu einer groben Phasenmorphologie und inkonsistenten mechanischen Eigenschaften im Endprodukt führt. Für nicht mischbare Polymermischungen ist dieser Effekt noch ausgeprägter. Somit wird die Pulvermischung selten als eigenständige Industriemethode verwendet.

2. Schmelzenmischung

Die Schmelzmischung, auch als thermisches mechanisches Mischen bezeichnet, ist die am weitesten verbreitete und industriell signifikante Methode. Bei diesem Prozess werden Polymerkomponenten über ihre viskose Flusstemperatur unter Verwendung von Geräten wie Doppel-Rollmühlen, Innenmischern oder Schraubenextrudern gemischt. Das Ergebnis ist eine homogene Polymerschmelze, die dann abgekühlt, zerkleinert oder pelletisiert werden kann.

Obwohl der Prozess in erster Linie physikalisches Mischen beinhaltet, kann eine hohe Scher- und Wärmeenergie manchmal zu leichten Verschlechterungen führen, Radikale erzeugen und zu begrenzten Transplantationen oder Blockcopolymerisation führen. Diese Reaktionen sind jedoch nicht der Hauptmechanismus.

• Vorteile: Im Gegensatz zur Pulvermischung erfordert die Schmelzmischung keine strenge Kontrolle der Partikelgröße oder Gleichmäßigkeit. Starke konvektive Diffusions- und Scherkräfte sorgen für eine überlegene Dispersion und kleinere Phasendomänen im endgültigen Material.

• Anwendungen: Industrielle Produktion von Polymermischungen, Masterbatch und funktionelle Verbindungen.

3. Lösungsmischung

In der Mischung in Lösung werden Polymerkomponenten in einem gemeinsamen Lösungsmittel gelöst (oder vor dem Mischen getrennt gelöst). Die Lösung wird gerührt, bis homogen, gefolgt von Lösungsmittelverdampfung oder Kospultitation unter Verwendung eines Nicht-Lösungsmittels, um eine Polymermischung zu erhalten.

• Vorteile: Einfach, konsumiert wenig Material und eignet sich für grundlegende Laborforschung.

• Anwendungen: Vorbereitung von lösungsbasierten Klebstoffen, Beschichtungen und Forschungsproben.

• Einschränkungen: Erfordert große Mengen an Lösungsmitteln, was es für die großflächige industrielle Produktion unpraktisch macht.

4. Emulsionsmischung

Die Emulsionsmischung umfasst das Mischen von Polymeremulsionen (Latex) gleichmäßig und dann ein Koagulans, um eine Polymermischung auszurüsten. Diese Methode ist besonders geeignet, wenn sich der Rohmaterial bereits in Latexform (z. B. Gummi -Latexen mischen) oder wenn das Endprodukt für Emulsionsanwendungen wie Latexfarben und Klebstoffe bestimmt ist.

• Vorteile: Ideal für die Vorbereitung von feinen und einheitlichen Dispersionen.

• Anwendungen: Beschichtungen, Klebstoffe und funktionelle Polymerdispersionen.

Abschluss

Die physikalische Mischung bietet vielseitige und effektive Möglichkeiten, um Polymermaterialien zu verändern, ohne ihre primären chemischen Strukturen zu verändern. Unter den vier Methoden ist die Schmelzmischung aufgrund seiner Skalierbarkeit und Effizienz am industriellsten, während die Pulvermischung, die Lösungsmischung und die Emulsionsmischung hauptsächlich für Forschung, Spezialanwendungen oder spezifische Produktformulierungen verwendet werden.

Durch die Auswahl der entsprechenden Mischtechnik - basierend auf Polymertypen, Verarbeitungsanforderungen und Anwendungszielen - können Hersteller und Forscher Polymermischungen für eine verbesserte mechanische, thermische und funktionelle Leistung optimieren.

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