2.2 有机包复，三元共混理论    在研制透明薄膜母料工作中，我们采用了最重要的三元复合理论，即有机包复、三元共混理论。在过去的工作中，我们已经熟悉了二元复合理论，即聚合物/无机粉体复合体系。但是无机填料的加入，随着添加量的增加，虽然材料刚性增加了，但材料的韧性指标却急剧下降了，如缺口冲击强度，拉伸强度，断裂伸长率均大幅度下降，这就影响到填料的使用。     现在，我们关注三元复合理论，即聚合物/弹性体/无机粉体复合体系。     （1）理论的建立：2002年作者和中科院化学所欧玉春研究员发现：     a、有机增韧理论：在塑料技术发展过程中，使用橡胶粒子与塑料进行共混改性即使用有机粒子——弹性体作为增韧剂，可以达到增韧的目的，产生出SBS等一大批新材料，已经在工业上获得广泛的应用如弹性鞋底材料、防水卷材等已经发展成为较成熟的有机增韧理论。但是有机弹性体增韧塑料，虽然获得理想的韧性却损害了复合材料宝贵的刚性和强度，劣化了加工流动性和耐热变形性，提高了成本，因而有一定的局限性。这就是另一类二元复合体系，即聚合物/橡胶二元复合体系。     b、无机刚性粒子增韧理论：随着无机粒子的超细化特别是微米粒子和纳米粒子出现以后，人们已经不再把无机粉体当作廉价填料看待。现在人们认为当无机超细粒子存在时基体树脂裂纹扩展受阻和钝化可以最终阻止裂纹不致发展成裂缝。无机刚性粒子的存在还可以产生应力集中效应，易引发周围树脂产生微裂纹，吸收一定变形功和冲击能使材料不至破坏，这就是所谓的无机刚性粒子增韧理论。     c、有机包覆、三元共混理论（国外又称壳/核理论）：这时，我们在设想这样的问题，能不能把这两个理论的优点结合起来，克服它们的缺点，形成一个更好的理论？顺着这个思路我们从三个方面入手：     （1）橡胶共混塑料，其橡胶粒子是柔软的可压缩性很大。一个橡胶粒子在外力作用下可以压缩到它本身体积很小的比例如1/5-1/10，当外力消失后它又可迅速地恢复原体积。这就是它能够提高韧性的优点。但它的缺点是它柔软性太好了。当用它制成制品时，一遇到外力迅速压缩变形，带动整个制品刚性和强度的下降，甚至破坏。能不能把这个柔软性太好的缺点改进呢？例如当这个粒子受外力作用时，它的形变不要太大，如只形 变很小一部分，只要能吸收外力就行，哪怕是一小点点，例如1/5-1/10。这样一来，当遇外力时它可以变形小一点如保持原体积的4/5-9/10，借此释放冲击能量，保持韧性。另一方面较小的形变不会影响整个制品的刚性和强度。（2）上述思路指导我们设计一种微观的“复合粒子”，不再是单一无机粉体制成的“硬球”，也不是由单一橡胶制成的“软球”，而是一种复合球，复合粒子，它的内部称为核，是由无机粉体构成的硬核，它的表面是薄薄一层由橡胶构成的软壳。其中内部的核是由无机粉体构成占总体积的9/10-4/5。它的表面是由有机橡胶构成的壳，其体积为总体积的1/5-1/10。即所谓“壳一核”结构。（3）上述设计完成的关键有两点。首先是用少量橡胶、助剂来包覆大量的无机超细粉体，这种技术称为有机包覆技术。其次是将有机包覆完成后的壳一核材料或称具有无机填料硬核和橡胶柔软层一壳的二元填料填于其他聚烯烃树脂或工程塑料中，则一定要先造粒，作成母料或专用料再加入到某种树脂中如PE。这样一来，由于橡胶的使用已从聚合物的填充改性发展到聚合物的共混改性。由于无机填料、橡胶、塑料三者的存在已经构成三元复合体系，所以这种新型改性材料就被称为：“有机包覆、三元共混体系”材料。 （2）模型的建立对于有机包覆、三元共混体系，我们着手建立模型a、普通无机粒子用偶联剂改性：b、三元共混体系中填料分散情况：在无机填料、橡胶、塑料三元体系中，填料的分散情况分为四种：A、填料、橡胶各自分散于基体之中：B、橡胶相分散于基体之中，填料既进入橡胶相又进入基体相：C、填料集中在橡胶表面：D、橡胶包覆填料然后进入基体。其中A、B、C类分散属于普通型，效果不好，而D类就是我们希望看到的有机包覆、三元共混体系，它有显著的增强、增韧效果。(3)有机包覆、三元共混改性料加工方法：有机包覆、三元共混改性料是怎样加工出来的，国外大公司常使用溶液包覆法，乳液法，多步熔融法和反应性加工法。方法复杂，效果不好，我们是采用母料法。（4）加工技术要点：建立有机包覆、三元共混体系生产新型增强增韧改性料的工业化方法，必需解决以下三个方面的问题：a、选择橡胶：在选择何种橡胶做软壳材料时所遵循的原则是相容性原则，即选择和基体树脂相容性好的橡胶品种来做壳的材料。例如对PP、PE选择三元乙丙橡胶或POE（乙烯和辛烯共聚物）；对PVC选择丁晴橡胶或1、2聚丁二烯等弹性体。b、选择加工方法：与外国公司不同我们选择填充母料加工法。c、母料法技术关键：A、用少量橡胶包覆大量无机粉体；B、在位形成刚性粒子——硬核无机填料/软壳——橡胶特定的复合粒子；C、通过双螺杆挤出机实现填充母料连续化生产；D、填充母料重新在高分子基体中迅速均匀分散。解决这些关键技术的条件分别是：表面自由能、极性和化学作用的匹配。体系各组分粘度的调节，加工设备和加工工艺的控制。