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不同于海岛结构的聚合物共混物,双连续结构聚合物合金中各组分连续,形成三维网络状结构,并互相贯穿。这种独特的相形态赋予了它在导电复合材料、多孔膜、生物组织工程、可控药物缓释等领域的光明前景。不过双连续结构聚合物合金在高温退火条件下极其不稳定,常规的聚合物增容技术意外地减小了双连续结构的形成范围。在本论文中,我们以不相容聚合物对聚乙烯(PE)和尼龙6(PA6)为研究对象,将共聚物溶液自组装理论推广到熔融体系中,创新性地使用了两种接枝共聚物,即长主链的马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH,马来酸酐接枝率为1wt%)和短主链的马来酸酐接枝聚丁二烯(PB-g-MAH,Mn=3000g/mol,马来酸酐接枝率为10wt%),对PE/PA6合金进行增容,通过反应共混,成功制备了PA6含量为30wt%的具有双连续结构的PE/PA6合金。根据甲酸萃取实验结果及共混物样品脆断面的扫描电子显微镜(SEM)观测结果可以确定：少数相PA6在PE中完全连续。差示扫描量热仪(DSC)测试结果显示,少数相PA6没有出现分步结晶现象,动态力学分析(DMA)显示,当温度超过PE的熔点且低于PA6的熔点时,样品依然能保持一定的弹性模量,这二者间接证明了PA6已经形成连续相,而不是相互隔离的海岛结构。此复合增容的PE/PA6共混物的双连续结构在235℃(高于PA6熔点)退火实验中,依然能保持15分钟,证明其具备一定的稳定性。我们进一步研究了增容剂的含量对此PE/PA6合金相形态的影响。综合甲酸萃取实验结果及样品横断面的SEM图片,我们发现：在控制PB-g-MAH的含量不变时(5.6wt%),要在此PE/PA6共混体系中形成双连续结,PE-g-MAH的最佳添加量在9.7wt%至16.1wt%之间；控制PE-g-MAH的含量不变时(12.6wt%), PB-g-MAH的添加量大于或等于3.5wt%,此共混物才能形成双连续结构；控制PE-g-MAH与PB-g-MAH的含量比不变时,此复合增容剂的总含量也必须在一确定范围内,双连续结构才能形成。总结来说,不论是单一增容剂的含量,还是两种增容剂的总含量,都必须保持在一定的范围内,双连续结构才能形成。这是因为在两相不相容共混体系中,只有当两相间形成曲率半径较大(即较平)的界面时,才利于形成纤维状而不是球形的少数相,而这些纤维状少数相的聚并则是保证体系中形成双连续结构,尤其是当少数相含量较低时形成双连续结构的关键。根据共聚物自组装理论,在反应共混过程中,由PB-g-MAH与PA6反应形成的具有较短主链的接枝共聚物有利于形成大曲率半径的界面,但由于其主链分子链太短,两相界面的强度很弱,不利于熔融共混时剪切应力的传递,难以实现少数相粒子的均匀分散；而具有长主链的PE-g-MAH与PA6反应得到的接枝共混物对两相界面有很好的锚固作用,可以有效提高两相界面的强度,使共混过程中剪切应力得以有效传递,从而促进少数相的均匀分散,但长主链接枝共聚物的存在会导致两相界面的曲率半径减小,不利于纤维状分散相的形成,对双连续结构的形成又是不利的。因此,两种接枝共聚物对双连续结构形成同时具有有利和有害的一面,当二者的含量及总含量匹配在一定范围内时,体系中既能形成曲率半径较大的界面,即少数相更倾向于形成纤维状结构,同时此复合增容的界面又有一定的强度,兼具活动性与稳定性,且者在界面处的浓度涨落使得纤维状的少数相可在局部聚并,进而形成具有一定稳定性的双连续结构聚合物合金。为了进一步提高此PE/PA6合金双连续结构的稳定性及制备性能优异的多功能材料,我们通过三种不同的顺序添加有机改性纳米蒙脱土(o-MMT)到此共混物中,即：(Ⅰ)o-MMT先与PA6共混制得母料,然后再与聚烯烃相共混；(Ⅱ)o-MMT与聚烯烃先混制备母料,然后再与PA6共混；(Ⅲ) o-MMT与聚烯烃、PA6同时共混,以此来研究o-MMT的加入对此共混物双连续结构形成及稳定性的影响。样品的横断面SEM照片显示,当含量为PA6相2.5wt%的o-MMT的加入时,不论什么加料顺序,此纳米复合材料的双连续结构消失。综合DSC分析及溶解多数相PE后的样品残余物SEM观察结果,我们发现,PA6相一部分以高度取向并具有大长径比的纤维结构存在,其具有一定的自支撑性；一部分以隔离的球状粒子分散在聚烯烃基体中,具有非常明显的受限结晶现象。经推断,o-MMT的加入,并不太影响PA6相纤维状结构的形成,但是o-MMT一定阻碍了PA6纤维状结构的聚并,使共混物无法形成真正的双连续结构。在下一步的工作中,我们将进一步用扫描透射显微镜(TEM)来观察o-MMT的分布情况,并以此为基础,来搞清楚o-MMT是如何促进相态转变的。针对双连续结构共混物的定量表征方法——选择性溶剂萃取试验的实验条件模糊不清的问题,我们着重研究了萃取温度对溶剂萃取实验结果的影响。首先我们以海岛结构共混物70/30(质量比)PE/PA6为研究对象,分别在室温、50℃及100℃下进行甲酸溶剂萃取实验。结果显示,样品在室温下失重为0,但是在50℃和100℃下,随着萃取时间的延长,样品失重逐渐增加,直至失重量等于PA6相的质量。综合SEM、DSC及傅里叶红外光谱分析(FTIR)数据可证明,被包裹的“岛相”PA6可被甲酸100%地萃取出来,这个结果意味着在高温下即使是海岛结构共混物的少数相依然可以被萃取出来,造成计算的连续度与相态不吻合的情况。我们进一步测试了其他海岛结构共混物,如PE/PS (70/30wt)和PE/PMMA (80/20wt),分别以环己烷和四氢呋喃(THF)为选择性溶剂来萃取PS和PMMA,在60℃下(接近环己烷和TFH的沸点)进行萃取实验,结果显示少数相PS和PMMA都能被几乎100%地萃取出来,与PE/PA6海岛结构体系的实验结果一致。这证明了海岛结构共混物中的少数相能被其相应的溶剂在加热的条件下萃取出来并不是一个孤立的现象。我们根据自由体积理论解释了上述现象的机理,并给出如下建议：在通过选择性溶剂萃取实验半定量计算共混物双连续度时,不能加热。因此,本论文中的甲酸萃取实验全部是在室温下进行的。