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改性塑料知多少?

阅读量：3668530 2019-10-22

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塑料是一种以高分子聚合物为主要成分的材料，由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成，在制造及加工过程中呈流体状态，以方便造型，在加工完成时呈现固态形状。
塑料的主要成分是合成树脂。树脂最初由动植物分泌出的脂质而得名，如松香、虫胶等，合成树脂（有时也直接简称为“树脂”）是指尚未和各种添加剂混合的高分子聚合物。树脂约占塑料总重量的40%～100%。塑料的基本性能主要决定于树脂的性质，但添加剂也起着重要作用。

塑料为什么要进行改性？
所谓“塑料改性”是指通过在塑料树脂中添加一种或多种其它物质，来达到改变其原有性能、改善一方面或多方面性能，从而达到拓展其适用范围之目的的方法。经过改性的塑料材料统称“改性塑料”。
塑料化工研究发展至今，已合成出上千种高分子材料，其中具有工业价值的仅百余种，塑料常用的树脂原料90%以上集中在五大通用树脂（PE、PP、PVC、PS、ABS），目前再继续合成大批新的高分子材料难度很大，既不经济也不现实。
因此，深入研究聚合物组成、结构和性能的关系，并在此基础上对现有的塑料进行改性，以制造适用的塑料新材料，已成为发展塑料工业的有效途径之一，全球的改性塑料行业也因此在近年内获得了长足的发展。
塑料改性是指通过物理的、化学的或二者兼具的办法使塑料材料的性能向人们所预期的方向发生变化，或者使成本显著降低，或者使某些性能得以改善，或者赋予了塑料材料全新的功能。改性的过程可以在合成树脂聚合的过程中发生，即化学改性，如共聚、接枝、交联等，也可以在合成树脂被加工的过程中进行，即物理改性，如填充、共混、增强等。

塑料改性的方法有哪些？
1、填充改性（矿物填充）
通过给普通塑料加入无机矿物(有机)粉末，改善塑料材料的刚性、硬度、耐热性等性能。填充剂种类繁多，其特性也及其复杂。
塑料填充剂的作用：提高塑料加工性能、改进物化性质、增加容积、降低成本。
对塑料添加剂的要求：
(1)化学性质不活泼，呈惰性，不与树脂及其他助剂发生不良反应；
(2)不影响塑料的耐水性、耐化学药品性、耐候性、耐热性等；
(3)不降低塑料的物理性能；
(4)可以大量填充；
(5)相对密度小，对制品的密度影响不大。

2、增强改性（玻纤/碳纤）
增强措施：通过在加入玻璃纤维、碳纤维等纤维状物质。
增强效果：可以明显改善材料的刚性、强度、硬度、耐热性，
改性的不良影响：但很多材料会导致表面不良和断裂伸长率降低。
增强原理：
(1)增强材料具有较高的强度和模量；
(2)树脂具有许多固有的优良物理、化学(耐腐蚀、绝缘、耐辐照、耐瞬时高温烧蚀等)和加工性能；
(3)树脂与增强材料复合后，增强材料可以起到增进树脂的力学或其他性能，而树脂对增强材料可以起到粘合和传递载荷的作用，使增强塑料具有优良性能。

3、增韧改性
有较多的材料韧性不够、太脆，可以通过加入韧性较好的材料或者超细无机材料，增加材料韧性和低温使用性能。
增韧剂：为了降低塑料硬化后的脆性，提高其冲击强度和延伸率而加入树脂中的一种添加剂。
常用增韧剂——多为马来酸酐接枝相容剂：
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)
聚烯烃弹性体(POE)
氯化聚乙烯(CPE)
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)
苯乙烯-丁二烯热塑性弹性(SBS)
三元乙丙橡胶(EPDM)

4、阻燃改性（无卤阻燃）
在电子电器、汽车等很多行业要求材料有阻燃性，但很多塑料原料本身的阻燃性较低。提高阻燃性可以通过加入阻燃剂实现。
阻燃剂：又称难燃剂，耐火剂或防火剂，赋予易燃聚合物难燃性的功能性助剂；它们大多是元素周期表中第ⅤA(磷)、ⅦA(溴、氯)和ⅢA(锑、铝)族元素的化合物。
具有抑烟作用的钼化合物、锡化合物和铁化合物等亦属阻燃剂的范畴，主要适用于有阻燃需求的塑料，延迟或防止塑料尤其是高分子类塑料的燃烧。使其点燃时间增长，点燃自熄，难以点燃。
塑料阻燃等级：由HB，V-2，V-1，V-0，5VB 向5VA逐级递增。

5、耐候改性（抗老化、防紫外线、耐低温）
一般指塑料在低温下的耐寒能力，由于塑料固有的低温脆性，使塑料在低温下变脆，因而对于很多在低温环境下使用的塑料制品，一般要求其具有耐寒性。
耐候性：是指塑料制品因受到阳光照射，温度变化，风吹雨淋等外界条件的影响，而出现的褪色、变色、龟裂、粉化和强度下降等一系列老化的现象。紫外线照射是促使塑料老化的关键因素。

6、改性合金
塑料合金是利用物理共混或化学接枝、共聚的方法，将两种或多种材料制备成高性能、功能化、专用化一种新材料，达到改善一种材料的性能或兼具两种材料特性的目的。它能改善或提高现有塑料的性能并降低成本。
通用塑料合金：如PVC、PE、PP、PS合金使用广泛，生产技术已被普遍掌握。
工程塑料合金：泛指工程塑料(树脂)的共混物，主要包括以PC、PBT、PA、POM（聚甲醛）、PPO、PTFE（聚四氟乙烯）等工程塑料为主体的共混体系，以及ABS树脂改性材料。
PC/ABS合金的使用量增速在塑料领域中排在前列。目前，PC/ABS合金化研究已经成为高分子合金研究热点。

7、磷酸锆改性塑料

1)、熔融共混法制备聚丙烯PP /有机修饰磷酸锆OZrP 复合材料及其在工程塑料方面的应用
首先采用十八烷基二甲基叔胺(DMA) 与α－磷酸锆反应得到有机修饰磷酸锆(OZrP)，然后将OZrP 再与聚丙烯( PP) 熔融共混，制得PP /OZrP 复合材料。当加入质量分数3% 的OZrP 时，可使PP /OZrP复合材料的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度比纯PP材料分别提高18. 2%，62. 5%，11. 3%。热稳定性也明显提高。这是由于DMA 的一端与无机物作用形成化学键，另一端长链则与PP 分子链发生物理缠结使复合材料的拉伸强度提高。而冲击强度和热稳定性提高是由于磷酸锆诱导PP 产生β 晶体的缘故。其次，改性PP 与磷酸锆层片间的相互作用使磷酸锆层间距加大，分散更好，导致弯曲强度提高。这一技术有助于提高工程塑料性能。
2）、聚乙烯醇/α－磷酸锆纳米复合材料及其在阻燃材料方面的应用
聚乙烯醇/α －磷酸锆纳米复合材料主要可用于阻燃材料制备。方法是:
①首先采用回流法制备α－磷酸锆。
②按液固比100 mL /g 取定量α－磷酸锆粉体分散于去离子水中，在室温下磁力搅拌下滴加乙胺水溶液，再加入定量二乙醇胺，超声处理，制备ZrP－OH 水溶液。
③将一定量聚乙烯醇( PVA)溶解于90 ℃去离子水中，配成5% 溶液，加入定量ZrP－OH水溶液，继续搅拌6～10 h，将溶液冷却后倒入模具中室温下自然风干，形成0.15 mm 左右薄膜即可。
ZrP－OH 的加入显著降低了PVA 的初始降解温度，同时有助于促进PVA 的降解产物发生碳化反应。这是由于ZrP－OH 在降解过程中生成的聚阴离子作为质子酸位促进了PVA 酸基团通过NorrishⅡ反应发生剪切反应。PVA 的降解产物发生碳化反应改善了碳层的抗氧化能力，从而提高了复合材料的阻燃性能。
3）、聚乙烯醇( PVA) /氧化淀粉/α-磷酸锆纳米复合材料及其在提高力学性能方面作用
以溶胶—凝胶回流法合成α－磷酸锆，采用正丁胺对其有机修饰，用OZrP 与PVA 共混制得PVA/α －ZrP纳米复合材料。有效提高复合材料的力学性能，当PVA 基体中含0. 8% 质量分数的α－ZrP时，复合材料拉伸强度和断裂伸长率与纯PVA 相比，分别提高17. 3% 和26. 6%。这是由于α－ZrP羟基可以与淀粉分子羟基产生强氢键作用，导致力学性能提高。同时，热稳定性也显著增强。
4）、聚苯乙烯/有机修饰磷酸锆复合材料及其在高温加工纳米复合材料方面的应用
α－磷酸锆(α－ZrP) 先经甲胺(MA) 预撑后得到MA－ZrP 溶液，然后将合成的对氯甲基苯乙烯(DMA－CMS)溶液加入到MA－ZrP 溶液中常温搅拌2 d，产物过滤，固形物用蒸馏水洗至检测无氯根，80 ℃真空干燥24 h 即可。最后用本体聚合法制备复合物，在本体聚合过程中部分苯乙烯进入磷酸锆层板间，并发生了聚合反应。产物热稳定性明显提高，与聚合物本体相容性较好，能满足高温加工纳米复合材料的要求。

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