塑料改性.doc

塑料改性是将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。从原料树脂的生产到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，都会存在塑料改性技术。下面是塑料改性常用的方法。

一、添加改性

1、添加小分子无机物或有机物
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。这种方法是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。相信在高校做过毕业课题的都接触和了解这种方法。
这种改性方法按照改性目的分为降低成本(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。
这种方法常用的添加剂有：无机添加剂(填充剂、增强剂、阻燃剂、着色剂及成核剂等)、有机添加剂增塑剂、有机锡稳定剂、抗氧剂及有机阻燃剂、降解添加剂等)。
2、添加高分子物质
这种方法也成为共混改性，其主要的方法是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。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小分子的体系，改性同时对原有树脂的其它性能没有太大影响。我们常见的聚合物合金就是此方法改性产物。共混改性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。

二、形态及结构改性

这种方法主要是针对塑料本身的树脂形态及结构来改性。通常方法是改变塑料的晶型状态、交联、共聚、接枝等。
1、形态控制改性
塑料的形态控制改性即控制塑料制品不同的聚集形态，使之取得我们预期的性能。这种方法是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。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，用双向拉伸技术获取高度取向。
2、交联改性
交联应该很熟悉，一般为线性结构交联为网状结构或立体结构。引发交联是需要外界条件的，通常为不同形式的能源(例如光、热、辐射等)。大分子链由于外界作用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。例如聚丙烯的交联改性可以提高其机械性能。
3、共聚及接枝改性
这种方法主要是在原有的分子链上加上其他分子链段或功能基团。共聚是指两种或多种单体共同参加的聚合反应，能够扩展聚合物性能，是改进聚合物性能和用途的重要途径。例如聚苯乙烯与丙烯腈共聚改善聚苯乙烯性脆的弱点;聚氯乙烯与醋酸乙烯酯共聚改善聚氯乙烯的塑性。接枝有链转移接枝、化学接枝、辐射接枝，其改性在刚性体和弹性体方面的应用较多，例如苯乙烯-丁二烯接枝共聚物改善PS的冲击性能。
4、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。
5、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。
(1)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。
(2)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。

 改性改的是什么性?
塑料改性有其目的，每种需求目的所使用的改性方法均有不同。这里介绍几种常遇到的改性需求及其使用的改性方法。
1、改变塑料的密度
(1)降低塑料密度
说降低密度可能你清楚，但是换个说法你就明白了：让塑料变轻。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。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)提高塑料密度
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。添加重质填料提高塑料的密度方法主要的填料有金属粉、重质矿物填料;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。
2、塑料的透明性改进
关于塑料的透明性，在之前的文章中有所介绍，这里只简单介绍一下。改进塑料透明性的原理是利用晶体与透明性的关系。塑料的透明性大小与其制品的结晶度大小和结晶结构有关，通过控制制品的不同形态结构，可以改善其透明性。
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。
常用的改变晶型方法有：
①控制结晶质量，例如晶型、球晶含量、晶体尺寸、晶体规整性的控制;
②提高折射率，主要是通过加入不影响透明性的高折射率有机物或无机物来提高;
③降低双折射，可通过控制加工中的取向，即降低取向度而达到降低双折射的目的。
④添加改进塑料的透明性，是指在透明树脂中加入小分子物质，从而改善其透明性的方法。利用这种方法可提高透光率、折射率，降低双折射。
⑤添加成核剂，是增大透明树脂透光率最有效的一种方法。成核剂是一种可以促进结晶的小分子物质。它在树脂中可以起到晶核的作用，使原有的均相成核变成异相成核，增加结晶体系内晶核的数目，使微晶的数量增多，球晶数目减少，从而使晶体尺寸变细，树脂的透明性提高。
⑥添加高折射率无机物
⑦添加能降低双折射的物质
⑧添加抗雾剂
3、塑料的硬度和柔性改进
(1)添加改进塑料的硬度是指在塑料中加入硬质添加剂的一种改性方法。常用的硬度填加剂为刚性无机填料及纤维。
(2)塑料的表面硬度改进方法是指只改善塑料制品外表的硬度，而制品内部的硬度不变。这是一种低成本的硬度改进方法。这种改性方法主要用于壳体、装饰材料、光学材料及日用品等。这种改性方法主要包括涂层、镀层及表面处理三种方法。
(3)共混与复合改进塑料的硬度：①塑料共混改进方法即在低硬度树脂※※混高硬度树脂，以提高其整体硬度。常见的共混树脂有：PS、PMMA、ABS及MF等，需要改性的树脂主要为PE类、PA、PTFE及PP等。②塑料复合改进硬度的方法即在低硬度塑料制品表面上复合一层高硬度树脂。此方法主要适合于挤出制品，如板、片、膜及管材等。常用的复合树脂为PS、PMMA、ABS及MF等。
(4)添加增塑剂改进塑料的柔性：增塑剂的主要作用是改善树脂的加工性，即降低加工温度，改善加工流动性。但其加入到相关的树脂中，还可以赋予制品以柔性。适用于增塑剂进行改进柔性的树脂有：pvc、PVDC、CPE、SBS、PA、ABS、PVA及氯化聚醚等。
4、塑料的加工性能改进
塑料的加工过程是由塑料原料(树脂+添加剂)变成具有一定强度制品的过程。热塑性树脂和热固性树脂其加工过程中所发生的变化不同。改进塑料的加工性能主要集中在：提高树脂的热分解温度;降低树脂的熔融温度;改善树脂的加工流动性;改善树脂的熔体特性。常用改性方法是添加改性，添加增塑剂和润滑剂。增塑剂可提高聚合物塑性;润滑剂的作用是降低物料之间及物料和加工设备表面的磨擦力，从面降低熔体的流动阻力，降低熔体粘度，提高熔体的流动性，避免熔体与设备的粘附，提高制品表面的光洁度等。
5、塑料的增强
塑料的增强一般是添加补强填料和纤维。大部分常规填料直接添加到树脂中，会引起塑料的拉伸强度下降。但有些经过表面独步一时的或直接添加的特殊填料不但不引起拉伸强度的下降，反而会在一定程度上提高拉伸强度，我们称这类填料为补强填料。补强填补的增强改性远不及增强纤维，只可用于一些强度要求不太高的场合。塑料添加纤维增强方法是最常用且有效的增强方法。增强用纤维类材料是塑料用最主要的增强材料，其用量可占整个增强材料的90%以上。增强用纤维类材料包括纤维和晶须两大类，具体品种主要有：无机类(如玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维、晶须、石英纤维、石墨纤维及陶瓷纤维等)、有机类(如PAN纤维、聚乙烯纤维、PA纤维、PC纤维、PVC纤维及聚酯纤维等)、金属类(如硼纤维及铝、钛、钙等金属晶须等)。
6、塑料的增韧
塑料的增韧一般是共混弹性体材料，常用弹性体增韧材料有：高抗冲击树脂，如CPE、MBS、ACR、SBS、ABS、EVA、改性石油树脂(MPR)等;高抗冲击橡胶，如乙丙橡胶(EPR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、丁腈胶(NBR)、丁苯胶、天然胶、顺丁胶、氯丁胶、聚异丁烯及丁二烯胶等。
7、塑料的热学性能和阻燃性能改进
影响塑料制品使用的热学性能主要为耐热温度和耐低温温度。耐热温度主要可用热变形温度、马丁耐热温度及维卡软化点表示;而耐低温温度一般可用脆化温度表示。在所有填料中，除有机填料外，大部分无机矿物填料都可明显提高塑料的耐热温度。常用的耐热填料有：碳酸钙、滑石粉、硅灰石、云母、煅烧陶土、铝矾土及石棉等。例如，云母的最高使用温度可达1000摄氏度，是最有效的耐热改性填料。另外，塑料的增强改变耐热性效果比填充还要好，这主要是因为大部分纤维的耐热温度十分高，熔点大都超过1500摄氏度。常用的耐热纤维主要有：石棉纤维、玻璃纤维、碳纤维、晶须、聚酰胺纤维及丙烯酸酯纤维等。
大多数塑料的阻燃性都不是十分好，塑料配方中需要添加阻燃剂。阻燃剂，它是一类能够阻止塑料引燃或抑制火焰传播的助剂。此外，还需要天添加抑烟剂辅助。
8、塑料成本降低
降低塑料的成本一直是厂家的追求，所以会使用一些改性方法降低成本。主要的方法有添加填料、共混廉价树脂等。当然，希望供应厂家能够在降低成本同时不要忘了性能的需要。
塑料的改性无非就是以上这些内容，具体的实际改性过程是很复杂的，一方面是成本利益限制，另一方面是客户需求，需要多种改性方法共同实现。