Сме́си полиме́ров, композиции, состоящие из двух (реже трёх или большего числа) полимеров, приготовление которых преследует основные цели: выигрыш в свойствах за счёт синергического эффекта; облегчение переработки основного полимера в результате добавления другого полимера; экономический эффект благодаря добавлению более дешёвого (более доступного) компонента; расширение сырьевой базы; утилизация отходов пластмасс как путём добавления в них полимеров, улучшающих свойства, так и путём применения естественным образом образующейся смеси вторичных полимеров; повышение биоразлагаемости синтетических полимеров в процессе естественного старения или для облегчения утилизации отходов и улучшения состояния окружающей среды, осуществляемое добавлением к синтетическим полимерам биополимеров (крахмала, полилактидов и т. п.). Большинство смесей полимеров содержит несколько процентов добавки – компатибилизатора, улучшающего взаимное диспергирование полимеров при смешении и повышающего прочность связи полимер – полимер. Такие высокодисперсные смеси полимеров называются сплавами полимеров.

Самопроизвольный процесс взаиморастворения полимеров, происходящий с уменьшением термодинамического потенциала, – явление редкое, поскольку изменение энтропии мало́, а экзотермическое смешение характерно для полимеров, отличающихся по полярности. Поэтому смеси полимеров в основном являются дисперсиями (эмульсиями) одного полимера в матрице другого. Из-за наличия двухфазной структуры в смесях полимеров возникает протяжённый межфазный слой. На границе раздела полимер – полимер происходит достаточно быстрая диффузия кинетических сегментов макромолекулы полимера при отсутствии диффузии макромолекул. Возникает новое явление – сегментальная растворимость в межфазном слое. Так, на границе раздела полиэтилен (ПЭ) – полистирол (ПС) слой сегментальной растворимости имеет толщину 1,5 нм, на границе ПЭ – поливинилацетат 1,1 нм, ПС – полихлоропрен 8,8 нм, ПС – полиметилметакрилат 16 нм. Благодаря большой толщине слоя межфазное натяжение очень мало и составляет на границе названных расплавов соответственно 5,9 · 10³, 11,3 · 10³, 0,5 · 10³, 1,7 · 10³ Н/м. Чем больше разница в полярности полимеров, тем меньше толщина слоя и меньше адгезионная прочность контактирующих полимеров. В качестве компатибилизаторов часто применяют привитые и блоксополимеры с блоками той же природы, что и контактирующие полимеры. Длина блоков должна быть достаточной для образования сетки зацеплений в каждой фазе после диффузии блоков в родственную фазу. Всё чаще применяются компатибилизаторы, не являющиеся блоксополимерами, но имеющие сродство к одному или обоим полимерам. В отсутствие теории поиск компатибилизатора для данной пары полимеров осуществляется методом «проб и ошибок». В смесях каучуков повышение прочности связи достигается путём совулканизации. Благодаря частичной взаиморастворимости полимеров происходит некоторая взаимодиффузия макромолекул, поэтому толщина межфазного слоя увеличивается до микронных размеров.

Смешение полимеров в расплаве производится в смесителях периодического (смеситель Бенбери, в лаборатории – смеситель Брабендера) или непрерывного (одно- и двухшнековые экструдеры) действия. Другие способы смешения (в растворе, эмульсии, полимеризация мономера в массе другого полимера) применяют в основном в исследовательских целях. Смешение в расплаве наиболее эффективно при равных или близких значениях вязкости. Размер частиц в смеси 1–10 мкм при оптимальных условиях смешения. Большая разница в вязкости приводит к частицам размером до 50 мкм, при равных значениях вязкости и в присутствии межфазных добавок размер частиц приближается к 0,1 мкм. Увеличение содержания вводимого полимера повышает вероятность коалесценции частиц, и в интервале 30–70 % по объёму как добавляемый, так и матричный полимер образуют непрерывные фазы. Возникает «обращение фаз» в широком интервале составов.

При изучении фазовой структуры смесей полимеров исследуется наличие или отсутствие частиц, их размер и форма. Отсутствие видимых в электронном микроскопе частиц характерно для взаиморастворимых полимеров. Наличие частиц дисперсной фазы (фазовый состав) определяется методами измерения прозрачности (появление мутности), методом динамического механического анализа (ДМА), дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Появление второго максимума механических потерь на температурной зависимости указывает на двухфазную структуру смесей полимеров (две температуры стеклования). Аналогичен метод ДСК, позволяющий фиксировать температуры стеклования или плавления полимеров в смеси, т. е. наличие или отсутствие двухфазной структуры.

Наличие частиц дисперсной фазы предполагает возможность миграции неполимерных ингредиентов из одной фазы в другую. Это характерно для пластификаторов, противостарителей, красителей и других низкомолекулярных ингредиентов. Миграция происходит в процессе хранения, эксплуатации и особенно в процессе смешения. В последнем случае могут «мигрировать» частицы наполнителя в соответствии с их сродством к полимерам смеси. Это особенно характерно для смесей каучуков.

Первичной и самой основной оценкой эффективности смешения является кривая «свойство – состав» (зависимость свойств смесей полимеров от соотношения компонентов). Свойства полимеров в смеси позволяют рассчитать аддитивную зависимость «свойство – состав». Сравнение экспериментальной кривой «свойство – состав» с аддитивной зависимостью даёт возможность оценить эффект смешения: положительный, если показатель «свойство» для смеси лучше, чем аддитивное значение, и отрицательный при обратном эффекте. Улучшение свойств позволяет считать полимеры «совместимыми», ухудшение – «несовместимыми». Эти два понятия не связаны напрямую с взаимной растворимостью полимеров, а чаще с правильным выбором условий смешения.

Смешение полимеров решает две важные проблемы: увеличение стойкости пластмасс к удару и улучшение их перерабатываемости. Введение каучука в пластмассу делает её стойкой к удару (повышается ударная вязкость); при большом содержании каучука возникает эффект пластификации полимеров. Для повышения ударной вязкости необходимо создать такую дисперсную структуру, которая позволила бы сохранить модуль матричного полимера как конструкционного материала. Добавление нескольких процентов каучука в ПС или его сополимер с акрилонитрилом позволили создать крупнотоннажные материалы – ударопрочный ПС и АБС-пластик; введение нескольких процентов эластомеров, ПЭ или его модифицированных сополимеров в поликарбонаты, полиамиды, полиэфиры и другие полимеры привело к появлению обширного класса ударопрочных пластиков. Введение второго полимера облегчает переработку многих высокотемпературных пластиков, таких как полисульфоны, полифениленоксиды, ароматические полиамиды и др.