Hva er mekanismen for mykner i polymerer

Polymerer, i sin hjemland, har ofte en stiv og noen ganger sprø karakter som kan begrense deres nytte i forskjellige applikasjoner. For å overvinne disse begrensningene og gi ønsket fleksibilitet, prosessbarhet og holdbarhet, mykner er innlemmet i formuleringene sine. Disse tilsetningsstoffene, typisk organiske forbindelser med lav volatilitet, endrer fundamentalt de fysiske egenskapene til en polymer ved å modifisere dens indre struktur og intermolekylære krefter. Å forstå den intrikate mekanismen som myknere oppnår disse endringene er avgjørende for rasjonell utforming og anvendelse av polymermaterialer.

Forstå polymerstivhet

Før du går inn i rollen som myknere, er det viktig å forstå stivhetskildene i uplastiserte polymerer. Polymerer er sammensatt av lange molekylkjeder, og deres egenskaper bestemmes i stor grad av interaksjonene mellom disse kjedene. I stive polymerer, sterk intermolekylære krefter som van der Waals-krefter, hydrogenbinding eller dipol-dipol-interaksjoner skaper et svært sammenhengende nettverk. Dette begrenser segmentbevegelse av polymerkjedene, noe som betyr at individuelle deler av kjedene ikke klarer å bevege seg fritt forbi hverandre. Denne begrensede mobiliteten tilsvarer en høy Glassovergangstemperatur (TG) , en kritisk temperatur under som polymeren oppfører seg som et stivt, glassaktig faststoff.

Rollen til myknere: et molekylært smøremiddel

Myknere fungerer først og fremst som "indre smøremidler" eller "avstandsstykker" i polymermatrisen. Når en mykner blandes med en polymer, interkalerer dens molekyler seg mellom polymerkjedene. Denne innsatsen har flere viktige konsekvenser:

1. Redusere intermolekylære krefter

Den mest betydningsfulle effekten av myknere er Demping av attraktive krefter mellom polymerkjeder. Myknermolekylene, som er mindre og ofte mer polare enn polymersegmentene, screener effektivt eller fortynner de sterke polymer-polymer-interaksjonene. Ved å introdusere nye, svakere mykner-polymer-interaksjoner (eller bare skille polymerkjedene), reduseres den totale sammenhengende energitettheten til systemet.

2. Øke fritt volum

Interkalasjonen av myknermolekyler fører også til en Øk i det frie volumet innenfor polymermatrisen. Fritt volum refererer til det tomme rommet mellom polymerkjeder som ikke er okkupert av polymermolekylene selv. Når myknermolekyler setter seg inn, skyver de polymerkjedene lenger fra hverandre. Dette økte tomrommet gir større segmentmobilitet av polymerkjedene.

3. Forbedrende segmentbevegelse

Med reduserte intermolekylære krefter og økt fritt volum, Mobiliteten til polymersegmentene øker betydelig . Polymerkjedene kan nå lettere gli og rotere forbi hverandre. Denne forbedrede kjedebevegelsen manifesterer seg som økt fleksibilitet, elastisitet og en reduksjon i polymerens modul (stivhet).

4. Senke glassovergangstemperaturen (TG)

En direkte konsekvens av økt segmentbevegelse er en Depresjon av glassovergangstemperaturen (TG) . Ettersom mykgjørere lar polymerkjedene bevege seg mer fritt ved lavere temperaturer, oppstår overgangen fra en stiv glassaktig tilstand til en mer fleksibel gummiaktig tilstand ved en lavere temperatur. Dette er en kritisk effekt for prosessering, ettersom det gjør at polymerer kan formes og dannes ved mer håndterbare temperaturer.

Mekanismer for myknerhandling: Teorier og perspektiver

Flere teorier prøver å forklare den intrikate mekanismen for myknerhandling:

• Smørlighetsteori: Denne klassiske teorien postulerer at myknermolekyler fungerer som indre smøremidler, og reduserer friksjonen mellom polymerkjeder når de glir forbi hverandre. Dette er analogt med oljesmørende mekaniske deler.

• Gelteori: Denne teorien antyder at myknere forstyrrer de bestilte, krystallinske eller pseudokrystallinske regionene (geler) i polymeren, og dermed muliggjør større kjedemobilitet.

• Gratis volumteori: Dette er kanskje den mest aksepterte teorien. Den antyder at myknere øker det frie volumet i polymeren, gir mer plass til segmentbevegelse og dermed senker TG.

• Screening teori (eller solvasjonsteori): Denne teorien understreker evnen til myknermolekyler til å "skjerm" eller innkapsler polargruppene på polymerkjeder, og reduserer dermed sterke polymer-polymer-dipolinteraksjoner og lar kjedene skille seg.

Det er viktig å merke seg at disse teoriene ikke er gjensidig utelukkende og ofte utfyller hverandre, og gir en omfattende forståelse av myknerhandling.

Faktorer som påvirker myknerens effektivitet

Effektiviteten til en mykner påvirkes av flere faktorer, inkludert:

• Kompatibilitet: Mykneren må være kompatibel med polymeren, noe som betyr at den kan danne en stabil, homogen blanding uten faseseparasjon. Dette avhenger ofte av likheten i deres løselighetsparametere.

• Molekylær størrelse og form: Mindre, mer mobile myknermolekyler gir generelt større mykningseffektivitet.

• Polaritet: Polariteten til mykneren skal være passende for å samhandle effektivt med polymeren mens den ikke er så sterk at det forårsaker utvasking eller utstråling.

• Konsentrasjon: Det er en optimal myknerkonsentrasjon. For lite vil ha minimal effekt, mens for mye kan føre til ekssudasjon, redusert mekanisk styrke og andre uønskede egenskaper.

Konklusjon

I hovedsak transformerer myknere fundamentalt de makroskopiske egenskapene til polymerer ved subtilt å endre deres mikroskopiske arkitektur. Ved å fungere som molekylære avstandsstykker og smøremidler, forstyrrer de sterke intermolekylære krefter, øker fritt volum og forbedrer segmentmobiliteten, og til slutt senker glassovergangstemperaturen og gir fleksibilitet og prosessbarhet. Det fornuftige utvalget og inkorporering av myknere er uunnværlige for å skreddersy polymermaterialer for å møte de forskjellige kravene til moderne ingeniør- og forbrukerapplikasjoner.