塑料改性

可以這麼說凡是塑料，都可以通過改性的方法來提高塑料質量，如密度、硬度、精度、外觀、加工性、透明性、機械性能、電磁性能、化學性能、耐腐蝕性能、耐老化性、耐磨性、熱性能、阻燃性、阻隔性及成本性等方面。而塑料改性是降低成本，提高性能最有效的方法。

塑料改性常用的方法有以下幾種：

1、添加改性

(1)添加小分子無機物或有機物

在聚合物(樹脂)中加入小分子無機物或有機物，通過物理或化學作用，以取得某種預期性能的一種改性方法。這種方法是最早的一種改性方法，它改性效果明顯，工藝簡單，成本低，因而應用十分廣泛。相信在高校做過畢業課題的都接觸和了解這種方法。

這種改性方法按照改性目的分為降低成本(添加各種價廉的無機、有機填料)、提高強度(添加各種增強纖維)、提高韌性(添加彈性體及超細填料等)、提高阻燃性(添加金屬氧化物、金屬氫氧化物、無機磷、有機鹵化物、有機磷化物、有機硅及氮化物等)、提高壽命(添加各種抗氧劑、光穩定劑等)、改善加工性(添加增塑劑、熱穩定劑、潤滑劑及加工助劑等)、增加耐磨性(添加石墨、MoS2、SiO2等)、改善結晶結構(添加成核劑，具體有有機羧酸類、山梨醇類等)、改善抗靜電及導電性(添加抗靜電劑及導電劑)、改善可降解性(澱粉填充、降解添加劑等)、改善抗射線輻射性能等。

這種方法常用的添加劑有：無機添加劑(填充劑、增強劑、阻燃劑、著色劑及成核劑等)、有機添加劑(增塑劑、有機錫穩定劑、抗氧劑及有機阻燃劑、降解添加劑等)。

(2)添加高分子物質

這種方法也成為共混改性，其主要的方法是在一種樹脂中摻入一種或多種其它樹脂(包括塑料和橡膠)，從而達到改變原有樹脂性能。由於共混改性的複合體系中都為高分子物質，因而其相容性好於添加小分子的體系，改性同時對原有樹脂的其它性能沒有太大影響。我們常見的聚合物合金就是此方法改性產物。共混改性是一種開發新型高分子材料最有效的辦法，也是對現有塑料品種實現高性能化、精細化的主要途徑。

2、形態及結構改性

這種方法主要是針對塑料本身的樹脂形態及結構來改性。通常方法是改變塑料的晶型狀態、交聯、共聚、接枝等。

(1)形態控制改性

塑料的形態控制改性即控制塑料製品不同的聚集形態，使之取得我們預期的性能。這種方法是在非外力作用下通過加工成型工藝條件的調整，進行形態控制，一般稱之為自我改性，其中以自增強最為常用。通過塑料形態控制可以改善塑料的許多性能，如力學、熱學、光學等各個方面，有些方面的改性效果十分明顯。例如通過成核技術控制結晶質量，用雙向拉伸技術獲取高度取向。

(2)交聯改性

交聯應該很熟悉，一般為線性結構交聯為網狀結構或立體結構。引發交聯是需要外界條件的，通常為不同形式的能源(例如光、熱、輻射等)。大分子鏈由於外界作用產生可反應自由基或官能團，從而在大分子鏈之間形成新的化學鍵，使線型結構聚合物形成不同程度網狀結構聚合物。例如聚丙烯的交聯改性可以提高其機械性能。

(3)共聚及接枝改性

這種方法主要是在原有的分子鏈上加上其他分子鏈段或功能基團。共聚是指兩種或多種單體共同參加的聚合反應，能夠擴展聚合物性能，是改進聚合物性能和用途的重要途徑。例如聚苯乙烯與丙烯腈共聚改善聚苯乙烯性脆的弱點；聚氯乙烯與醋酸乙烯酯共聚改善聚氯乙烯的塑性。接枝有鏈轉移接枝、化學接枝、輻射接枝，其改性在剛性體和彈性體方面的應用較多，例如苯乙烯-丁二烯接枝共聚物改善PS的衝擊性能。

3、複合改性

塑料的複合改性即通過粘合劑或熱熔等方法將兩層或兩層以上的膜、片等材料複合在一起而形成一種多層膜、片等材料的方法。塑料的複合改性實際上是塑料共混改性方法中層狀共混的極端化，也可以看成是一種特殊的塑料共混改性。

4、表面改性

塑料表面改性是指通過物理或化學方法使塑料製品表面性能發生變化的一類改性方法。塑料表面改性與其它改性不同之處有二點：一是其改性僅局限於製品的表面，其內部性能不發生變化；二是其改性實施於塑料製品一次成型加工之後，屬於二次加工改性。

塑料表面改性的目的主要可分為兩大類：一類是直接應用的改性，另一類是間接應用的改性。

(1)直接應用的塑料表面改性直接應用改性是指可以直接獲得應用的一些改性，具體有表面光澤度、表面硬度、表面耐磨性及摩擦性、表面防老化、表面阻燃、表面導電及表面阻隔等。塑料表面這方面的改性近年來開發應用很快，如在塑料阻隔改性方面，表面阻隔改性佔有很重要的地位。

(2)間接應用的塑料表面改性間接應用改性是指為直接應用打基礎的一些改性，具體如為改善塑料的粘接性、印刷性及層化性等而進行的提高塑料表面張力的改性。例如，以塑料電鍍為例，未經表面處理的塑料品種只有abs的鍍層牢度能達到要求；尤其聚烯烴類塑料品種，鍍層牢度十分低，必須進行表面改性以提高與鍍層的結合牢度，方可進行電鍍處理。

1.填充改性：通過在塑料中添加一定量的填料可有效降低塑料生產成本，另外加入有特殊功能的納米粉體可以製成相應功能母料。

2.共混改性：性質相近的兩種或兩種以上的高分子化合物按一定比例混合製成高分子共混物。

3.共聚改性：兩種或兩種以上的單體發生聚合反應得到一種共聚物，如乙烯+丙烯=乙丙橡膠；丙烯腈+丁二烯+苯乙烯=ABS樹脂。

降低塑料的密度是指通過適當的辦法，使塑料原有的相對密度下降，以適應不同應用場合的需要。降低塑料的密度方法有發泡改性、添加輕質填料及共混輕質樹脂三種。

1、發泡降低塑料的密度。塑料製品的發泡成型是降低其密度的最有效方法。而添加輕質添料和共混輕質樹脂兩種改性方法，只能小幅度地降低密度，其降幅一般只有50%左右，最低相對密度只能達到0.5左右。塑料發泡製品的密度變化範圍很廣范，相對密度最低可達到10-3。

2、添加輕質填料降低塑料的密度。這種方法使密度降低幅度比較小，一般最低可下降到相對密度0.4—0.5左右。填料的相對密度大都比塑料大，比塑料相對密度小的填料品種只有如下幾種：

（1）微珠類

a、玻璃中空微球（漂珠）相對密度為0.4—0.7，主要用於熱固性樹脂；

b、酚醛微珠相對密度為0.1。

（2）有機填料類

a、軟木粉　相對密度0.5，表觀密度0.05—0.06；

b、纖維粉屑、棉屑　相對密度0.2—0.3；

c、果殼農作物　如稻草粉、花生粉及椰殼粉等。輕質填料的加入量一般在50%以下，以不嚴重影響其原有性能為原則。

3、共混輕質樹脂降低塑料的密度。這種方法的降低幅度更小，一般只適合於相對密度較大的塑料選用，如氟塑料、POM、PPS、HPVC、PA66、PI及熱固性塑料等。可選用的輕質塑料指相對密度為1以下的幾種樹脂，如聚4-甲基戊烯-1、EPR（乙丙共聚物）、PE類、PP類、EVA等。加入量以不影響塑料的其它性能為主中，一般為20%—40%左右。

提高塑料的密度是使原樹脂相對密度升高的一種方法，主要為添加重質填料和共混重質樹脂。

1、添加重質填料提高塑料的密度

(1)金屬粉

(2)重質礦物填料

2、共混重質樹脂提高塑料的密度。此種方法提高幅度比較小，一般最高只能達到50%左右。主要適於一些輕質樹脂如PE、PP、PS、EVA、PA1010及PPO等。常加入的重質樹脂有：PTFE、FEP、PPS及POM等。

塑料的透明性是衡量一種材料的透明性好壞，有許多性能指標都需要考慮。常用的指標有：透光率、霧度、折光指數、雙折射及色散等。在上述指標中，透光率和霧度二個指標主要表徵材料的透光性，而折光指數、雙折射及色散三個指標主要用於表徵材料的透光質量。一種好的透明性材料，要求上述性能指標優異且均衡。透明性的分類：按材料的透光率大小，可將其分為如下三類：

透明材料——波長400nm—800nm可見光的透光率在80%以上；

半透明材料——波長400nm—800nm可見光的透光率在50%—80%之間；

不透明材料——波長400nm—800nm可見光的透光率在50%以下。

按上述的分類方法，可將樹脂分成如下幾類：

（1）透明性樹脂主要包括：PMMA、PC、PS、PET、PES、J.D系列、CR-39、SAN（又稱AS）、TPX、HEMA及BS（又稱K樹脂）等。其中PES為聚醚碸，J.D系列光學樹脂為PES的共聚衍生物，SAN為苯乙烯/丙烯腈共聚物，TPX為聚甲基戊烯-1，BS為25%丁二烯/75%苯乙烯共聚物，CR-39為雙烯丙基二甘醇碳酸酯聚合物，HEMA為聚甲基丙烯酸羥乙酯。

（2）半透明樹脂主要包括PP和PA兩種。

（3）不透明樹脂主要包括ABS、POM、PTFE及PF等。

結晶性樹脂的成型品內部混雜有結晶部分和非晶部分，由於結晶時隨機性分子鏈會有規則地排列，因此樹脂體積會縮小。這種現象稱為“收縮”。

樹脂一旦固化，其分子鏈就會固定下來，且固體成型品中的結晶部分/非晶部分的比例也似乎不再變化。然而實際情況則是，成型品遇到某種程度的高溫時，非晶部分的分子鏈有時會重新排列，從而出現結晶現象。其結果，成型品體積縮小。這種現象稱為“后收縮”。后收縮容易導致尺寸變化、凹痕、翹曲等故障。

成型品的使用環境溫度偏高時容易導致后收縮。成型時的急冷固化有時會導致結晶不充分，從而容易引起后收縮。

要防止后收縮，應在實際使用成型品前使之充分結晶。具體來說，要在比使用成型品時的環境溫度高20℃左右的溫度環境下靜置2～3小時。這稱為“退火處理”。如果在退火處理后已處於尺寸公差內，則通常不大會發生問題。

2、結晶性樹脂

樹脂材料多種多樣，“結晶性樹脂”便是其中之一。下面介紹其基本情況：

樹脂大致分為熱塑性樹脂和熱固性樹脂。熱塑性樹脂是一種熱熔冷固性樹脂。熱固性樹脂則是一種樹脂其原材料在被加熱後會發生化學反應，並在固化后不再熔化的樹脂。熱塑性樹脂可進一步分為結晶性樹脂和非結晶性樹脂。

熔融時，樹脂的分子鏈隨機混雜並運動。樹脂冷卻后，分子鏈開始整齊排列，最終結晶部分與非結晶部分混雜在一起並固化。即便是結晶性樹脂有時也不會100%結晶，其中必然混雜有非結晶部分。另一方面，非結晶性樹脂則在(A)圖那樣的隨機狀態下固化。

根據其物理結構上的差異，結晶性樹脂和非結晶性樹脂的特點如下：

3、ISO和ASTM物理性質的測定方法

隨著國際標準化的推進，國內也大多用ISO規定的測量方法來作為標準。這和以前的ASTM的標準方法有多大區別呢？

ASTM和ISO的區別：以拉伸實驗為例來說明ASTM和ISO的區別

(1)共聚型聚醯亞胺的合成改性：聚醯亞胺通常是由二胺和二酐單體在一定溶劑中進行縮聚反應生成聚醯胺酸，再經熱環化或化學環化脫水得到。研究發現當體系中加入第三種單體組合成兩種二酐和一種二胺或是兩種二胺一種二酐時，製得的聚合物性能會發生改變。如果全部用全芳香族的二酐或二胺，合成材料耐熱性和強度提高；若使用脂肪族的二酐或二胺，溶解性會適當增加。

(2)聚醯亞胺主鏈改性：主鏈改性主要是在聚醯亞胺單體上引入柔性基團、硅元素或液晶單元等。改性后的材料在加工流動性、柔韌性等性能上有所改善。

(3)聚醯亞胺側鏈改性：引入功能性側基的方法有兩種：一種是先合成含官能團的單體，再進一步聚合成側鏈性PI；另一種是先合成已經亞胺化的且主鏈上帶有活性基團的PI，再把一些功能性基團接到PI主鏈上。由於主鏈和側鏈結構上的差異且聚集態結構不同，引入側基后，PI的加工性和溶解性可得到改善，長側鏈的力學性能要優於短側鏈的聚合物。引入的功能性側基一般是有機硅氧烷側基、生色側基、含乙炔側基等。