compatibilización reactiva

La compatibilización reactiva es el proceso de modificar una mezcla inmiscible de polímeros para detener la separación de fases y permitir la formación de una fase continua estable a largo plazo. Se realiza mediante la adición de un polímero reactivo, miscible con un componente de la mezcla y reactivo con los grupos funcionales del segundo componente, lo que da como resultado la formación in situ de copolímeros de bloque o injertados. ^{[ 1 ]}

Un gran número de productos poliméricos comerciales se derivan de la mezcla de dos o más polímeros para lograr un equilibrio favorable de propiedades físicas. Sin embargo, dado que la mayoría de las mezclas de polímeros son inmiscibles, es raro encontrar un par de polímeros que sean miscibles y tengan las características deseadas. Un ejemplo de tal par es la resina miscible NORYL ™, una mezcla de poli(óxido de fenileno) y poliestireno . ^{[ 2 ]} Las mezclas inmiscibles se separarán en fases y formarán una fase dispersa, lo que puede mejorar las propiedades físicas (figura 1). El nailon reforzado con caucho de DuPont consiste en pequeñas partículas de poli(cis-isopreno) ( caucho natural ) en una matriz de nailon que refuerzan el material al detener la propagación de grietas.

La energía libre de Gibbs de mezcla,${\displaystyle \Delta G_{(}mix)=\Delta H_{(}mix)-T\Delta S_{(}mix)}$, debe ser negativo para que una mezcla sea miscible. Según la teoría de Flory-Huggins , una revisión de la teoría de soluciones regulares , el cambio de entropía por mol de sitios reticulares de la mezcla del polímero 1 y el polímero 2 es

${\displaystyle \Delta S_{(}mix,blend)=-R\left({\phi _{1} \over x_{1}}\ln \phi _{1}+{\phi _{2} \over x_{2}}\ln \phi _{2}\right)}$

donde ΔS es el cambio en la entropía de mezcla , R es la constante de los gases , Φ es la fracción de volumen de cada polímero y x es el número de segmentos de cada polímero. ^{[ 3 ]} x ₁ y x ₂ aumentan con grados de polimerización más altos y, por lo tanto, con peso molecular. Dado que la mayoría de los polímeros útiles tienen un peso molecular alto, el cambio en la entropía experimentado por la mezcla de dos cadenas poliméricas grandes es muy bajo y, por lo general, no reduce la energía libre de Gibbs lo suficiente como para constituir la miscibilidad.

La mayoría de las mezclas de polímeros procesadas consisten en una fase dispersa en una matriz más continua del otro componente. La formación, el tamaño y la concentración de esta fase dispersa se optimizan típicamente para obtener propiedades mecánicas específicas. Si la morfología no se estabiliza, la fase dispersa puede coalescer bajo el calor o la tensión ambiental o durante el procesamiento posterior. ^{[ 4 ]} Esta coalescencia puede resultar en propiedades disminuidas (fragilidad y decoloración) debido a la separación de fases inducida. Estas morfologías pueden estabilizarse mediante una adhesión interfacial suficiente o una tensión interfacial reducida entre las dos fases.

Una técnica común consiste en funcionalizar un monómero . Por ejemplo, las bandas de caucho de nailon se polimerizan con caucho funcionalizado para producir copolímeros de injerto o de bloque. Las estructuras añadidas dificultan la coalescencia y/o aumentan el impedimento estérico en la zona interfacial donde se produciría la separación de fases.