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塑料改性方法 一 简介塑料改性是将石油化工企业生产出的大批量通用树脂通过物理的、化学的、机械的方法，改善或增加其功能，在电、磁、光、热、耐老化、阻燃、机械性能等方面达到特殊环境条件下使用的功能。改性塑料是涉及面广、科技含量高的一个塑料产业领域，而塑料改性技术填充、共混和增强改性更是深入几乎所有的塑料制品的原材料与成型加工过程。从原料树脂的生产到从多种规格及品种的改性塑料母料，为了降低塑料制品的成本，提高其功能性，离不开塑料改性技术为了降低成本，提高性能，满足不同的需要，塑料常要通过改性才能适应各种实际要求。常用的方法主要有：1.填充改性 在塑料中加入一定量的填料是降低塑料价格，改善性能的重要方法。如酚醛树脂中填充木屑和纸张制成实用的电木材料，克服了性脆的弱点。加入有特殊功能的纳米粉体可以制成相应功能母料，比如加入导电性能好的银粉、金粉等制成导电母粒等。2.共混改性 性质相近的两种或两种以上的高分子化合物按一定比例混合制成高分子共混物。3.共聚改性 两种或两种以上的单体发生聚合反应得到一种共聚物，如乙烯和丙烯共聚得到一种弹性很好的乙丙橡胶；丙烯腈，丁二烯和苯乙烯一起共聚得到ABS树脂。总体来看，塑料改性技术的方法包括：塑料的添加改性；塑料的共混改性；塑料的复合改性；塑料的形态控制改性；塑料的交联改性；塑料的表面改性；塑料的共聚及接枝改性。1.塑料添加改性塑料添加改性是指在聚合物（树脂）中加入小分子无机物或有机物，通过物理或化学作用，以取得某种预期性能的一种改性方法。塑料的添加改性是开发最早的一种改性方法，它改性效果明显，工艺简单，成本低，因而应用十分广泛，约占整个塑料改性的三分之二以上。常用的塑料添加剂有：无机添加剂:填充剂、增强剂、阻燃剂、着色剂及成核剂等。有机添加剂主要有：增塑剂、有机锡稳定剂、抗氧剂及有机阻燃剂、降解添加剂等。塑料的添加改性按添加改性的目的分为降低成本、（添加各种价廉的无机、有机填料）；提高强度（添加各种增强纤维）；提高韧性（添加弹性体及超细填料等）；提高阻燃性（添加金属氧化物、金属氢氧化物、无机磷、有机卤化物、有机磷化物、有机硅及氮化物等）；提高寿命（添加各种抗氧剂、光稳定剂等）；改善加工性（添加增塑剂、热稳定剂、润滑剂及加工助剂等）；增加耐磨性（添加石墨、MoS2、SiO2等）；改善结晶结构（添加成核剂，具体有有机羧酸类、山梨醇类等）；改善抗静电及导电性（添加抗静电剂及导电剂）;改善可降解性（淀粉填充、降解添加剂等）；改善抗射线辐射性能等。 2.塑料共混改性塑料共混改性是指在一种树脂中掺入一种或多种其它树脂（包括塑料和橡胶），从而达到改变原有树脂性能的一种改性方法。塑料共混改性是一种与添加改性并驾齐驱的常用塑料改性方法。它与塑料添加改性的区别在于添加改性为在树脂中混入小分子物质，而塑料共混改性为在树脂中混入高分子物质。由于共混改性的复合体系中都为高分子物质，因而其相容性好于添加体系，且改性同时，对原有树脂的其它性能影响比较小。塑料的共混物也称为聚合物合金，是一种开发新型高分子材料最有效的办法，也是对现有塑料品种实现高性能化、精细化的主要途径。3.塑料复合改性塑料的复合改性即通过粘合剂或热熔等方法将两层或两层以上的膜、片等材料复合在一起而形成一种多层膜、片等材料的方法。塑料的复合改性实际上是塑料共混改性方法中层状共混的极端化，也可以看成是一种特殊的塑料共混改性。4.塑料形态控制改性塑料的形态控制改性即控制塑料制品上述不同的聚集形态，使之取得我们预期的性能。在非外力作用下通过加工成型工艺条件的调整，进行形态控制一般称之为自我改性，其中以自增强最为常用。这是目前研究活跃的一个改性领域。通过塑料形态控制可以改善塑料的许多性能，如力学、热学、光学等各个方面，有些方面的改性效果十分明显。例如通过成核技术控制结晶质量和用双向拉伸技术获取高度取向都已获得广泛的应用。5.塑料交联改性塑料交联为聚合物大分子链在某种外界因素影响下产生可反应自由基或官能团，从而在大分子链之间形成新的化学键，使线型结构聚合物形成不同程度网状结构聚合物的过程。可引发交联的外界因素为不同形式的能源，具体有光、热及辐射等。6.塑料表面改性塑料表面改性是指通过物理或化学方法使塑料制品表面性能发生变化的一类改性方法。塑料表面改性与其它改性不同之处有二点：一是其改性仅局限于制品的表面，其内部性能不发生变化；二是其改性实施于塑料制品一次成型加工之后，属于二次加工改性。塑料表面改性的目的主要可分为两大类：一类是直接应用的改性，另一类是间接应用的改性。（一）直接应用的塑料表面改性直接应用改性是指可以直接获得应用的一些改性，具体有表面光泽度、表面硬度、表面耐磨性及摩擦性、表面防老化、表面阻燃、表面导电及表面阻隔等。塑料表面这方面的改性近年来开发应用很快，如在塑料阻隔改性方面，表面阻隔改性占有很重要的地位。（二）间接应用的塑料表面改性间接应用改性是指为直接应用打基础的一些改性，具体如为改善塑料的粘接性、印刷性及层化性等而进行的提高塑料表面张力的改性。例如，以塑料电镀为例，未经表面处理的塑料品种只有ABS的镀层牢度能达到要求；尤其聚烯烃类塑料品种，镀层牢度十分低，必须进行表面改性以提高与镀层的结合牢度，方可进行电镀处理。7.塑料的共聚及接枝改性二 塑料改性相关知识1、降低塑料的密度降低塑料的密度是指通过适当的办法，使塑料原有的相对密度下降，以适应不同应用场合的需要。降低塑料的密度方法有发泡改性、添加轻质填料及共混轻质树脂三种。 1、发泡降低塑料的密度。塑料制品的发泡成型是降低其密度的最有效方法。而添加轻质添料和共混轻质树脂两种改性方法，只能小幅度地降低密度，其降幅一般只有50%左右，最低相对密度只能达到0.5左右。塑料发泡制品的密度变化范围很广范，相对密度最低可达到10-3。 2、添加轻质填料降低塑料的密度。这种方法使密度降低幅度比较小，一般最低可下降到相对密度0.40.5左右。填料的相对密度大都比塑料大，比塑料相对密度小的填料品种只有如下几种： （1）微珠类 a、 玻璃中空微球（漂珠）相对密度为0.40.7，主要用于热固性树脂； b、 酚醛微珠相对密度为0.1。 （2）有机填料类 a、 软木粉相对密度0.5，表观密度0.050.06； b、纤维粉屑、棉屑相对密度0.20.3； c、果壳农作物如稻草粉、花生粉及椰壳粉等。轻质填料的加入量一般在50%以下，以不严重影响其原有性能为原则。3、共混轻质树脂降低塑料的密度。这种方法的降低幅度更小，一般只适合于相对密度较大的塑料选用，如氟塑料、POM、PPS、HPVC、PA66、PI及热固性塑料等。可选用的轻质塑料指相对密度为1以下的几种树脂，如聚4-甲基戊烯-1、EPR（乙丙共聚物）、 PE类、PP类、EVA等。加入量以不影响塑料的其它性能为主中，一般为20%40%左右。 2、提高塑料的密度提高塑料的密度是使原树脂相对密度升高的一种方法，主要为添加重质填料和共混重质树脂。 1、添加重质填料提高塑料的密度 (1) 金属粉 (2) 重质矿物填料 2、共混重质树脂提高塑料的密度 。此种方法提高幅度比较小，一般最高只能达到50%左右。主要适于一些轻质树脂如PE、PP、PS、EVA、PA1010及PPO等。常加入的重质树脂有：PTFE、FEP、PPS及POM等。 3、改进塑料的透明性塑料的透明性是衡量一种材料的透明性好坏，有许多性能指标都需要考虑。常用的指标有：透光率、雾度、折光指数、双折射及色散等。在上述指标中，透光率和雾度二个指标主要表征材料的透光性，而折光指数、双折射及色散三个指标主要用于表征材料的透光质量。一种好的透明性材料，要求上述性能指标优异且均衡。 透明性的分类 ：按材料的透光率大小，可将其分为如下三类： 透明材料波长400nm800nm可见光的透光率在80%以上； 半透明材料波长400nm800nm可见光的透光率在50%80%之间； 不透明材料波长400nm800nm可见光的透光率在50%以下。 按上述的分类方法，可将树脂分成如下几类：（1）透明性树脂 主要包括：PMMA、PC、PS、PET、PES、J.D系列、CR-39、SAN（又称AS）、TPX、HEMA及BS（又称K树脂）等。 其中PES为聚醚砜，J.D系列光学树脂为PES的共聚衍生物，SAN为苯乙烯/丙烯腈共聚物，TPX为聚甲基戊烯-1，BS为25%丁二烯/75%苯乙烯共聚物，CR-39为双烯丙基二甘醇碳酸酯聚合物，HEMA为聚甲基丙烯酸羟乙酯。 （2）半透明树脂 主要包括PP和PA两种。 （3）不透明树脂 主要包括ABS、POM、PTFE及PF等。 1结晶性树脂的成型品内部混杂有结晶部分和非晶部分，由于结晶时随机性分子链会有规则地排列，因此树脂体积会缩小。这种现象称为“收缩”。树脂一旦固化，其分子链就会固定下来，且固体成型品中的结晶部分/非晶部分的比例也似乎不再变化。然而实际情况则是，成型品遇到某种程度的高温时，非晶部分的分子链有时会重新排列，从而出现结晶现象。其结果，成型品体积缩小。这种现象称为“后收缩”。后收缩容易导致尺寸变化、凹痕、翘曲等故障。成型品的使用环境温度偏高时容易导致后收缩。成型时的急冷固化有时会导致结晶不充分，从而容易引起后收缩。要防止后收缩，应在实际使用成型品前使之充分结晶。具体来说，要在比使用成型品时的环境温度高20左右的温度环境下静置23小时。这称为“退火处理”。如果在退火处理后已处于尺寸公差内，则通常不大会发生问题。4、结晶性树脂树脂材料多种多样，“结晶性树脂”便是其中之一。下面介绍其基本情况：2树脂大致分为热塑性树脂和热固性树脂。热塑性树脂是一种热熔冷固性树脂。热固性树脂则是一种树脂其原材料在被加热后会发生化学反应，并在固化后不再熔化的树脂。热塑性树脂可进一步分为结晶性树脂和非结晶性树脂。熔融时，树脂的分子链随机混杂并运动。树脂冷却后，分子链开始整齐排列，最终结晶部分与非结晶部分混杂在一起并固化。即便是结晶性树脂有时也不会100%结晶，其中必然混杂有非结晶部分。另一方面，非结晶性树脂则在(A)图那样的随机状态下固化。根据其物理结构上的差异，结晶性树脂和非结晶性树脂的特点如下：结晶性树脂非结晶性树脂 存在分子链排列整齐的“结晶” 有玻璃转化温度和熔点 分子链是随机的 仅有玻璃转化温度 优点 良好的刚性和弹性、良好的耐疲劳性、 机械强度高 、良好的耐药品性 缺点 难以透明、成型收缩率大 优点 易于透明、良好的耐冲击性、成型收缩率小 、吸水性小 缺点 耐药品性差、耐疲劳性差、滑动性差 一种聚合物往往同时使用多种助剂，这些助剂同时处在一个聚合物体系中，彼此之间有所影响。如产生协同效应、加和效应、对抗效应等。加和效应是指两种或两种以上助剂并用时，它们的总效应等于它们各自单独使用效能的加和。协同效应是指两种或两种以上助剂并用时，它们的总效应超过它们各自单独使用效能的加和。对抗效应则相反，是指两种或两种以上助剂并用时，它们的总效应小于它们各自单独使用的效能或加和。因此选择助剂配合时一定要考虑选择具有协同作用的不同助剂，而防止对抗效应产生。（1)填 充 剂(填料)填充剂的作用：是调整塑料的物理化学性能，提高材料强度，扩大使用范围，以及减少合成树脂的用量，降低塑料的成本。常用的填充剂：粉状填料、纤维状填料、层状填料。1）碳酸钙、硅石、硅藻土、云母、石棉、石墨、木粉、金属粉；2）棉花、亚麻、石棉纤维、玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、金属短须。3）纸张及棉布屑、玻璃布。塑料中的填充剂含量一般为2050，这是塑料制件品种多、性能各异的主要原因之一。附表 常用部分塑料填料及其作用序号 填料名称 作 用1 碳酸钙(CaCO3) 用于聚氯乙烯、聚烯烃等 提高制件耐热性、硬度；塑件稳定性好；降低收缩率、降低成本， 因遇酸易分解，不宜用于耐酸制件2 粘土(Al203) 高岭土(Al、SiO2) 滑石粉(Mg、SiO2)石棉(Ca、Mg、SiO2) 云母(硅酸盐) 用于聚氯乙烯、聚烯烃等改善加工性能，降 低收缩率，提高制件的耐热、耐燃、耐水性及降低成本；提高制件刚性、尺寸稳定性以及使制件具有某些特性(如滑石粉可降低摩擦系数，云母可提高介电性能)3 碳黑(C) 用于聚氯乙烯、聚烯烃等 提高制件导热、导电性能，也作着色、光屏蔽剂4 二氧化硅(Si02)(白碳黑) 用于聚氯乙烯、聚烯烃、不饱和聚酯、环氧树脂等 提高制件介电性、冲击