幾種常見的塑料改性技術(shù)
（1）纖維增強(qiáng)
長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料(UCRT)是新型輕質(zhì)高強(qiáng)度工程結(jié)構(gòu)材 料，因其重量輕、價(jià)廉、易于回收重復(fù)利用，在汽車上的應(yīng)用發(fā)展很快。用天然 纖維如亞麻、劍麻增強(qiáng)塑料制造車身零件，在汽車行業(yè)已經(jīng)得到認(rèn)可。一方面是 由于天然纖維是環(huán)保材料，另一方面植物纖維比玻纖輕 40%，減輕車重可降低油 耗。用亞麻增強(qiáng) PP 制作車身底板，材料的拉伸強(qiáng)度比鋼要高，剛度不低于玻纖 增強(qiáng)材料，制件更易于回收。英國 GKN 技術(shù)公司用纖維增強(qiáng)塑料制造的傳動(dòng)軸， 重量減輕 50%-60%，抗扭性比鋼大 1.0 倍，彎曲剛度大 1.5 倍。塑料彈簧可明顯 減輕重量。 用碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)制造的板簧為 14kg， 減輕重量 76%。 在美國、 日本、歐洲都已使用板簧、圓柱形螺旋彈簧實(shí)現(xiàn)了纖維增強(qiáng)塑料化，除具有明顯 的防振和降噪效果外，還達(dá)到輕量化的目的。
（2）增韌技術(shù)
高分子結(jié)構(gòu)材料的剛度(包括強(qiáng)度)和韌性是相互制約的兩 項(xiàng)最重要的性能指標(biāo)。因此，增強(qiáng)剛度的同時(shí)增強(qiáng)增韌的研究一直是高分子材料 科學(xué)的難題。中科院化學(xué)研究所高分子共混填充增強(qiáng)增韌新途徑，該成果在解決 高分子材料同時(shí)增強(qiáng)增韌的科學(xué)難題方面獲得重要突破， 在國內(nèi)首次成功地制備 出超高韌性聚烯烴工程塑料，為大品種通用塑料升級(jí)，為工程塑料以及工程塑料 進(jìn)一步高性能化提供了新途徑。教育部超重力工程技術(shù)研究中心研制成功國家 “863”計(jì)劃項(xiàng)目—“納米 CaCO3 塑料增韌母料及其制備技術(shù)” 。這種母料可使 PVC 增韌改性，主要應(yīng)用于 PVC 門窗異型材生產(chǎn)，也可應(yīng)用于 PVC 管材、板材等 其他硬制品的生產(chǎn)。從發(fā)展趨勢(shì)看，PVC 塑料門窗大有全面取代鋼窗和木質(zhì)門窗 之勢(shì)。目前國內(nèi) PVC 門窗異型材年生產(chǎn)能力為 100 萬 t，且呈不斷上升之勢(shì)。采 用納米 CaCO3 塑料增韌母料生產(chǎn) PVC 門窗異型材，不僅可以全面提高產(chǎn)品性能， 而且每噸異型材成本可降低 100 多元。同時(shí)，其應(yīng)用領(lǐng)域還將向 PP、ABS 等塑料 材料中擴(kuò)展。 采用納米 CaCO3 對(duì) PVC 進(jìn)行增韌改性是近年發(fā)展起來的非彈性體增 韌塑料技術(shù)(無機(jī)剛性粒子增韌塑料技術(shù))，國內(nèi)尚處于研究階段。直接添加納米 CaCO3 會(huì)出現(xiàn)兩大問題： 一是納米粒子會(huì)在塑料基體中聚結(jié)， 以至于分散不均勻， 影響增韌效果；二是由于納米 CaCO3 顆粒微小，極易產(chǎn)生粉塵，影響環(huán)境。而納 米 CaCO3 塑料增韌母料及其制備技術(shù)的成功研制， 有效地解決了國內(nèi)外同一研究 領(lǐng)域中所面臨的這兩大難題。
（3）填充改性(粉體填充)
塑料填充改性自二十世紀(jì)八十年代初投入市場(chǎng) 以來，由于其價(jià)格低廉、產(chǎn)品性能優(yōu)異，并改善塑料制品的某些物理特性，可替 代合成樹脂，且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、投資較小、具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。星 期填充改性的無機(jī)粉體材料表面改性劑從硬脂酸到偶聯(lián)劑，收到了一定的效果， 而偶聯(lián)劑有硅烷、鈦酸酯、鋁酸酯、硼酸酯、磷酸酯等品種紛紛涌現(xiàn)。 滑石粉常用于填充聚丙烯。滑石粉具有薄片構(gòu)型的片狀結(jié)構(gòu)特征，因此粒度較 細(xì)的滑石粉可用作聚丙烯的補(bǔ)強(qiáng)填充劑。在聚丙烯的改性體系中，加人超細(xì)滑石 粉母料不但能夠顯著的提高聚丙烯制品的剛性、表面硬度、耐熱蠕變性、電絕緣 性、尺寸穩(wěn)定性，還可以提高聚丙烯的沖擊強(qiáng)度。在聚丙烯中添加少量的滑石粉 還能起到成核劑的作用，提高聚丙烯的結(jié)晶性，從而使聚丙烯各項(xiàng)機(jī)械性能得以 提高，由于提高了聚丙烯的結(jié)晶性，細(xì)化晶粒，也就提高了聚丙烯的透明性。填 充 20%和 40%超細(xì)滑石粉的聚丙烯復(fù)合材料，不論是在室溫和高溫下，都能夠顯 著提高聚丙烯的剛性和高溫下的耐蠕變性能。對(duì)于聚乙烯吹塑薄膜來說，填充超細(xì)滑石粉母料比其他填料好，易成型、工藝性好。
（4） 共混改性
塑料共混改性是指在一種樹脂中摻入一種或多種其它樹脂(包 括塑料和橡膠)，從而達(dá)到改變?cè)袠渲阅艿囊环N改性方法。塑料共混改性是 一種與添加改性并駕齊驅(qū)的常用塑料改性方法。它與塑料添加改性的區(qū)別在于， 添加改性是在樹脂中混入小分子物質(zhì)， 而塑料共混改性是在樹脂中混入高分子物 質(zhì)。由于共混改性的復(fù)合體系中都為高分子物質(zhì)，因而其相容性好于添加體系， 且改性的同時(shí)，對(duì)原有樹脂的其它性能影響比較小。塑料的共混物也稱為聚合物 合金，是一種開發(fā)新型高分子材料最有效的辦法，也是對(duì)現(xiàn)有塑料品種實(shí)現(xiàn)高性 能化、精細(xì)化的主要途徑。幾乎所有塑料需要的性能都可通過共混改性而取得。 例如，PP 具有密度小、透明性好、拉伸強(qiáng)度高、硬度高、耐熱性好等優(yōu)點(diǎn)，但 其沖擊性能差、耐應(yīng)力開裂性不好，如與 HDPE 共混，即可保持 PP 原有的優(yōu)點(diǎn)， 又可使共混物具有耐沖擊、耐應(yīng)力開裂及耐低溫等優(yōu)點(diǎn)。
（5）阻燃技術(shù)
一般來講，高聚物阻燃技術(shù)主要分為添加型與反應(yīng)型兩種 方式，主要是以添加型為主。即在普通粒料中添加與之匹配的阻燃劑，在攪拌機(jī) 內(nèi)充分混合，然后進(jìn)入以雙螺桿擠出機(jī)為主的混煉裝置重新造粒，制備出阻燃改 性的"阻燃塑料"。近十年來在 PP 阻燃技術(shù)上，以意大利都靈大學(xué)教授 Camino 首創(chuàng)的膨脹型阻燃劑發(fā)揮了巨大的作用，這類 PN 系阻燃劑具有高效、熱和光穩(wěn) 定性高、低毒、低煙、低腐蝕，對(duì)加工和機(jī)械性能影響小，不會(huì)引起環(huán)境污染。 添加型阻燃劑常用的有十溴二苯醚、八溴醚、四溴雙酚 A，六溴環(huán)十二烷等，其 中尤以十溴二苯醚使用量為最大。溴系阻燃劑的分解溫度大多在 200-300℃左 右，與各種高聚物的分解溫度相匹配，因此能在最佳時(shí)刻與氣相及凝聚相同時(shí)起 到阻燃作用，且添加量小、阻燃效果好。
（6）接枝改性
目前接枝改性塑料作為大分子偶聯(lián)劑、相容劑、增韌劑等， 應(yīng)用十分廣泛。當(dāng)前最常見的接枝單體是馬來酸酑、GMA 和丙烯酸、GMA 和丙烯 酸，均存在聚傾向大、接枝率和接枝效率低等缺點(diǎn)，而且丙烯酸的腐蝕性很強(qiáng)。 聚丙烯接枝改性的目的是為了提高聚丙烯與金屬、極性塑料、無機(jī)填料的粘結(jié)性 或增溶性。所用的接枝單體一般是丙烯酸及其酯類、馬來酸酑及其酯類、馬來酰 亞胺類等。接枝的方法有：①溶液法，在溶劑中加入過氧化物引發(fā)劑進(jìn)行共聚； ②輻射法，在高能射線下接枝；③熔融混煉法，在過氧化物存在下，于熔融狀態(tài) 下混煉，進(jìn)行接枝，常常在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行。接枝改性的高分子材料的性能 與接枝物的物化性能有關(guān)，也與接枝物的含量、接枝鏈的長(zhǎng)度等有關(guān)，其基本性 能與聚丙烯相似， 但與極性高分子材料、 無機(jī)材料、 橡膠等的相容性可大大提高。 接枝 PP 的結(jié)晶度和熔點(diǎn)隨接枝物含量的提高而下降，透明性和低溫?zé)岱庑詤s隨 之提高。
（7）導(dǎo)電功能改性
多年以來，有關(guān)復(fù)合型導(dǎo)電高分子的研究不勝枚舉， 但仍有許多問題沒有得到很好的解決。如在添加導(dǎo)電介質(zhì)提高導(dǎo)電性的同時(shí)，力 學(xué)性能會(huì)有所下降， 因此復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的發(fā)展主要集中在降低電阻率與 提高材料的綜合性能兩個(gè)方面。POE 是使用茂金屬催化劑乙烯-辛烯或乙烯-丁烯 的共聚物，其具有分子量分布窄、共聚單體分布窄和支鏈較長(zhǎng)等特點(diǎn)，既有優(yōu)異 的韌性，又有良好的加工性，用 POE 對(duì)聚烯烴進(jìn)行共混改性，顯示出比傳統(tǒng)彈性 體更好的增韌效果。
（8）熱塑性彈性體
熱塑性彈性體（TPE）兼具熱塑性塑料的重復(fù)加工性和橡膠的高彈性等物理機(jī)械性能，同時(shí)又具有優(yōu)異的回收再生性，作為一種全新的 高分子材料市場(chǎng)迅速發(fā)展。熱塑性彈性體具有非常廣泛的產(chǎn)品適應(yīng)性。由于熱塑 性彈性體特殊的分子結(jié)構(gòu)的可調(diào)整性和可控制性，表現(xiàn)出多種優(yōu)異性能。隨著新 型改性技術(shù)的不斷出現(xiàn)與材料性能的不斷提高， 熱塑性彈性體必將擁有更加廣闊 的市場(chǎng)空間。目前熱塑性彈性體已發(fā)展到十幾個(gè)品種，已取代部分天然橡膠、合 成橡膠和塑料。其中汽車用熱塑性彈性體是最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，占到三分之一， 其次是建筑業(yè)、醫(yī)用和日用生活制品。
長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料(UCRT)是新型輕質(zhì)高強(qiáng)度工程結(jié)構(gòu)材 料，因其重量輕、價(jià)廉、易于回收重復(fù)利用，在汽車上的應(yīng)用發(fā)展很快。用天然 纖維如亞麻、劍麻增強(qiáng)塑料制造車身零件，在汽車行業(yè)已經(jīng)得到認(rèn)可。一方面是 由于天然纖維是環(huán)保材料，另一方面植物纖維比玻纖輕 40%，減輕車重可降低油 耗。用亞麻增強(qiáng) PP 制作車身底板，材料的拉伸強(qiáng)度比鋼要高，剛度不低于玻纖 增強(qiáng)材料，制件更易于回收。英國 GKN 技術(shù)公司用纖維增強(qiáng)塑料制造的傳動(dòng)軸， 重量減輕 50%-60%，抗扭性比鋼大 1.0 倍，彎曲剛度大 1.5 倍。塑料彈簧可明顯 減輕重量。 用碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)制造的板簧為 14kg， 減輕重量 76%。 在美國、 日本、歐洲都已使用板簧、圓柱形螺旋彈簧實(shí)現(xiàn)了纖維增強(qiáng)塑料化，除具有明顯 的防振和降噪效果外，還達(dá)到輕量化的目的。
（2）增韌技術(shù)
高分子結(jié)構(gòu)材料的剛度(包括強(qiáng)度)和韌性是相互制約的兩 項(xiàng)最重要的性能指標(biāo)。因此，增強(qiáng)剛度的同時(shí)增強(qiáng)增韌的研究一直是高分子材料 科學(xué)的難題。中科院化學(xué)研究所高分子共混填充增強(qiáng)增韌新途徑，該成果在解決 高分子材料同時(shí)增強(qiáng)增韌的科學(xué)難題方面獲得重要突破， 在國內(nèi)首次成功地制備 出超高韌性聚烯烴工程塑料，為大品種通用塑料升級(jí)，為工程塑料以及工程塑料 進(jìn)一步高性能化提供了新途徑。教育部超重力工程技術(shù)研究中心研制成功國家 “863”計(jì)劃項(xiàng)目—“納米 CaCO3 塑料增韌母料及其制備技術(shù)” 。這種母料可使 PVC 增韌改性，主要應(yīng)用于 PVC 門窗異型材生產(chǎn)，也可應(yīng)用于 PVC 管材、板材等 其他硬制品的生產(chǎn)。從發(fā)展趨勢(shì)看，PVC 塑料門窗大有全面取代鋼窗和木質(zhì)門窗 之勢(shì)。目前國內(nèi) PVC 門窗異型材年生產(chǎn)能力為 100 萬 t，且呈不斷上升之勢(shì)。采 用納米 CaCO3 塑料增韌母料生產(chǎn) PVC 門窗異型材，不僅可以全面提高產(chǎn)品性能， 而且每噸異型材成本可降低 100 多元。同時(shí)，其應(yīng)用領(lǐng)域還將向 PP、ABS 等塑料 材料中擴(kuò)展。 采用納米 CaCO3 對(duì) PVC 進(jìn)行增韌改性是近年發(fā)展起來的非彈性體增 韌塑料技術(shù)(無機(jī)剛性粒子增韌塑料技術(shù))，國內(nèi)尚處于研究階段。直接添加納米 CaCO3 會(huì)出現(xiàn)兩大問題： 一是納米粒子會(huì)在塑料基體中聚結(jié)， 以至于分散不均勻， 影響增韌效果；二是由于納米 CaCO3 顆粒微小，極易產(chǎn)生粉塵，影響環(huán)境。而納 米 CaCO3 塑料增韌母料及其制備技術(shù)的成功研制， 有效地解決了國內(nèi)外同一研究 領(lǐng)域中所面臨的這兩大難題。
（3）填充改性(粉體填充)
塑料填充改性自二十世紀(jì)八十年代初投入市場(chǎng) 以來，由于其價(jià)格低廉、產(chǎn)品性能優(yōu)異，并改善塑料制品的某些物理特性，可替 代合成樹脂，且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、投資較小、具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。星 期填充改性的無機(jī)粉體材料表面改性劑從硬脂酸到偶聯(lián)劑，收到了一定的效果， 而偶聯(lián)劑有硅烷、鈦酸酯、鋁酸酯、硼酸酯、磷酸酯等品種紛紛涌現(xiàn)。 滑石粉常用于填充聚丙烯。滑石粉具有薄片構(gòu)型的片狀結(jié)構(gòu)特征，因此粒度較 細(xì)的滑石粉可用作聚丙烯的補(bǔ)強(qiáng)填充劑。在聚丙烯的改性體系中，加人超細(xì)滑石 粉母料不但能夠顯著的提高聚丙烯制品的剛性、表面硬度、耐熱蠕變性、電絕緣 性、尺寸穩(wěn)定性，還可以提高聚丙烯的沖擊強(qiáng)度。在聚丙烯中添加少量的滑石粉 還能起到成核劑的作用，提高聚丙烯的結(jié)晶性，從而使聚丙烯各項(xiàng)機(jī)械性能得以 提高，由于提高了聚丙烯的結(jié)晶性，細(xì)化晶粒，也就提高了聚丙烯的透明性。填 充 20%和 40%超細(xì)滑石粉的聚丙烯復(fù)合材料，不論是在室溫和高溫下，都能夠顯 著提高聚丙烯的剛性和高溫下的耐蠕變性能。對(duì)于聚乙烯吹塑薄膜來說，填充超細(xì)滑石粉母料比其他填料好，易成型、工藝性好。
（4） 共混改性
塑料共混改性是指在一種樹脂中摻入一種或多種其它樹脂(包 括塑料和橡膠)，從而達(dá)到改變?cè)袠渲阅艿囊环N改性方法。塑料共混改性是 一種與添加改性并駕齊驅(qū)的常用塑料改性方法。它與塑料添加改性的區(qū)別在于， 添加改性是在樹脂中混入小分子物質(zhì)， 而塑料共混改性是在樹脂中混入高分子物 質(zhì)。由于共混改性的復(fù)合體系中都為高分子物質(zhì)，因而其相容性好于添加體系， 且改性的同時(shí)，對(duì)原有樹脂的其它性能影響比較小。塑料的共混物也稱為聚合物 合金，是一種開發(fā)新型高分子材料最有效的辦法，也是對(duì)現(xiàn)有塑料品種實(shí)現(xiàn)高性 能化、精細(xì)化的主要途徑。幾乎所有塑料需要的性能都可通過共混改性而取得。 例如，PP 具有密度小、透明性好、拉伸強(qiáng)度高、硬度高、耐熱性好等優(yōu)點(diǎn)，但 其沖擊性能差、耐應(yīng)力開裂性不好，如與 HDPE 共混，即可保持 PP 原有的優(yōu)點(diǎn)， 又可使共混物具有耐沖擊、耐應(yīng)力開裂及耐低溫等優(yōu)點(diǎn)。
（5）阻燃技術(shù)
一般來講，高聚物阻燃技術(shù)主要分為添加型與反應(yīng)型兩種 方式，主要是以添加型為主。即在普通粒料中添加與之匹配的阻燃劑，在攪拌機(jī) 內(nèi)充分混合，然后進(jìn)入以雙螺桿擠出機(jī)為主的混煉裝置重新造粒，制備出阻燃改 性的"阻燃塑料"。近十年來在 PP 阻燃技術(shù)上，以意大利都靈大學(xué)教授 Camino 首創(chuàng)的膨脹型阻燃劑發(fā)揮了巨大的作用，這類 PN 系阻燃劑具有高效、熱和光穩(wěn) 定性高、低毒、低煙、低腐蝕，對(duì)加工和機(jī)械性能影響小，不會(huì)引起環(huán)境污染。 添加型阻燃劑常用的有十溴二苯醚、八溴醚、四溴雙酚 A，六溴環(huán)十二烷等，其 中尤以十溴二苯醚使用量為最大。溴系阻燃劑的分解溫度大多在 200-300℃左 右，與各種高聚物的分解溫度相匹配，因此能在最佳時(shí)刻與氣相及凝聚相同時(shí)起 到阻燃作用，且添加量小、阻燃效果好。
（6）接枝改性
目前接枝改性塑料作為大分子偶聯(lián)劑、相容劑、增韌劑等， 應(yīng)用十分廣泛。當(dāng)前最常見的接枝單體是馬來酸酑、GMA 和丙烯酸、GMA 和丙烯 酸，均存在聚傾向大、接枝率和接枝效率低等缺點(diǎn)，而且丙烯酸的腐蝕性很強(qiáng)。 聚丙烯接枝改性的目的是為了提高聚丙烯與金屬、極性塑料、無機(jī)填料的粘結(jié)性 或增溶性。所用的接枝單體一般是丙烯酸及其酯類、馬來酸酑及其酯類、馬來酰 亞胺類等。接枝的方法有：①溶液法，在溶劑中加入過氧化物引發(fā)劑進(jìn)行共聚； ②輻射法，在高能射線下接枝；③熔融混煉法，在過氧化物存在下，于熔融狀態(tài) 下混煉，進(jìn)行接枝，常常在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行。接枝改性的高分子材料的性能 與接枝物的物化性能有關(guān)，也與接枝物的含量、接枝鏈的長(zhǎng)度等有關(guān)，其基本性 能與聚丙烯相似， 但與極性高分子材料、 無機(jī)材料、 橡膠等的相容性可大大提高。 接枝 PP 的結(jié)晶度和熔點(diǎn)隨接枝物含量的提高而下降，透明性和低溫?zé)岱庑詤s隨 之提高。
（7）導(dǎo)電功能改性
多年以來，有關(guān)復(fù)合型導(dǎo)電高分子的研究不勝枚舉， 但仍有許多問題沒有得到很好的解決。如在添加導(dǎo)電介質(zhì)提高導(dǎo)電性的同時(shí)，力 學(xué)性能會(huì)有所下降， 因此復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的發(fā)展主要集中在降低電阻率與 提高材料的綜合性能兩個(gè)方面。POE 是使用茂金屬催化劑乙烯-辛烯或乙烯-丁烯 的共聚物，其具有分子量分布窄、共聚單體分布窄和支鏈較長(zhǎng)等特點(diǎn)，既有優(yōu)異 的韌性，又有良好的加工性，用 POE 對(duì)聚烯烴進(jìn)行共混改性，顯示出比傳統(tǒng)彈性 體更好的增韌效果。
（8）熱塑性彈性體
熱塑性彈性體（TPE）兼具熱塑性塑料的重復(fù)加工性和橡膠的高彈性等物理機(jī)械性能，同時(shí)又具有優(yōu)異的回收再生性，作為一種全新的 高分子材料市場(chǎng)迅速發(fā)展。熱塑性彈性體具有非常廣泛的產(chǎn)品適應(yīng)性。由于熱塑 性彈性體特殊的分子結(jié)構(gòu)的可調(diào)整性和可控制性，表現(xiàn)出多種優(yōu)異性能。隨著新 型改性技術(shù)的不斷出現(xiàn)與材料性能的不斷提高， 熱塑性彈性體必將擁有更加廣闊 的市場(chǎng)空間。目前熱塑性彈性體已發(fā)展到十幾個(gè)品種，已取代部分天然橡膠、合 成橡膠和塑料。其中汽車用熱塑性彈性體是最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，占到三分之一， 其次是建筑業(yè)、醫(yī)用和日用生活制品。
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