“塑料改性”、“改性塑料”等這些詞經(jīng)常被我們掛在嘴邊，那么，塑料改性是什么，改的是什么性呢?
何謂塑料改性?
塑料改性是將通用樹脂通過物理的、化學(xué)的、機(jī)械的方法，改善或增加其功能，在電、磁、光、熱、耐老化、阻燃、機(jī)械性能等方面達(dá)到特殊環(huán)境條件下使用的功能。從原料樹脂的生產(chǎn)到多種規(guī)格及品種的改性塑料母料，為了降低塑料制品的成本，提高其功能性，都會存在塑料改性技術(shù)。
塑料改性技術(shù)方法有哪些?
提及塑料改性，很多人會想到填充、共混、纖維增強(qiáng)等，但很少人非常全面了解塑料改性技術(shù)方法。其實，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(jī)物或有機(jī)物
在聚合物(樹脂)中加入小分子無機(jī)物或有機(jī)物，通過物理或化學(xué)作用，以取得某種預(yù)期性能的一種改性方法。這種方法是較早的一種改性方法，它改性效果明顯，工藝簡單，成本低，因而應(yīng)用十分廣泛。相信在高校做過畢業(yè)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(jī)、有機(jī)填料)、提高強(qiáng)度(添加各種增強(qiáng)纖維)、提高韌性(添加彈性體及超細(xì)填料等)、提 高阻燃性(添加金屬氧化物、金屬氫氧化物、無機(jī)磷、有機(jī)鹵化物、有機(jī)磷化物、有機(jī)硅及氮化物等)、提高壽命(添加各種抗氧劑、光穩(wěn)定劑等)、改善加工性 (添加增塑劑、熱穩(wěn)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(jié)晶結(jié)構(gòu)(添加成核劑，具體有有機(jī)羧酸類、山梨醇類 等)、改善抗靜電及導(dǎo)電性(添加抗靜電劑及導(dǎo)電劑)、改善可降解性(淀粉填充、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(jī)添加劑(填充劑、增強(qiáng)劑、阻燃劑、著色劑及成核劑等)、有機(jī)添加劑(增塑劑、有機(jī)錫穩(wěn)定劑、抗氧劑及有機(jī)阻燃劑、降解添加劑等)。
(2)添加高分子物質(zhì)
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(dá)到改變原有樹脂性能。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(chǎn)物。共混改性 是一種開發(fā)新型高分子材料較有效的辦法，也是對現(xiàn)有塑料品種實現(xiàn)高性能化、精細(xì)化的主要途徑。
2、形態(tài)及結(jié)構(gòu)改性
這種方法主要是針對塑料本身的樹脂形態(tài)及結(jié)構(gòu)來改性。通常方法是改變塑料的晶型狀態(tài)、交聯(lián)、共聚、接枝等。
(1)形態(tài)控制改性
塑料的形態(tài)控制改性即控制塑料制品不同的聚集形態(tài)，使之取得我們預(yù)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(diào)整，進(jìn)行形態(tài)控制， 一般稱之為自我改性，其中以自增強(qiáng)較為常用。通過塑料形態(tài)控制可以改善塑料的許多性能，如力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)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(shù)控制結(jié)晶質(zhì)量，用雙向拉伸技術(shù)獲取高度取向。
(2)交聯(lián)改性
交聯(lián)應(yīng)該很熟悉，一般為線性結(jié)構(gòu)交聯(lián)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或立體結(jié)構(gòu)。引發(fā)交聯(lián)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)。大分子鏈由于 外界作用產(chǎn)生可反應(yīng)自由基或官能團(tuán)，從而在大分子鏈之間形成新的化學(xué)鍵，使線型結(jié)構(gòu)聚合物形成不同程度網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物。例如聚丙烯的交聯(lián)改性可以提高其機(jī)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(tuán)。共聚是指兩種或多種單體共同參加的聚合反應(yīng)，能夠擴(kuò)展聚合物性能，是改進(jìn)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(zhuǎn)移接枝、化學(xué)接枝、輻射接 枝，其改性在剛性體和彈性體方面的應(yīng)用較多，例如苯乙烯-丁二烯接枝共聚物改善PS的沖擊性能。
3、復(fù)合改性
塑料的復(fù)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、片等材料復(fù)合在一起而形成一種多層膜、片等材料的方法。塑料的復(fù)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(xué)方法使塑料制品表面性能發(fā)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：一是其改性僅局限于制品的表面，其內(nèi)部性能不發(fā)生變化;二是其改性實施于塑料制品一次成型加工之后，屬于二次加工改性。
塑料表面改性的目的主要可分為兩大類：一類是直接應(yīng)用的改性，另一類是間接應(yīng)用的改性。
(1)直接應(yīng)用的塑料表面改性直接應(yīng)用改性是指可以直接獲得應(yīng)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(dǎo)電及表面阻隔等。塑料表面這方面的改性近年來開發(fā)應(yīng)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)間接應(yīng)用的塑料表面改性間接應(yīng)用改性是指為直接應(yīng)用打基礎(chǔ)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(jìn)行的提高塑料表面張力 的改性。例如，以塑料電鍍?yōu)槔?，未?jīng)表面處理的塑料品種只有abs的鍍層牢度能達(dá)到要求;尤其聚烯烴類塑料品種，鍍層牢度十分低，必須進(jìn)行表面改性以提高 與鍍層的結(jié)合牢度，方可進(jìn)行電鍍處理。
改性改的是什么性?
塑料改性有其目的，每種需求目的所使用的改性方法均有不同。這里介紹幾種常遇到的改性需求及其使用的改性方法。
1、改變塑料的密度
(1)降低塑料密度
說降低密度可能你清楚，但是換個說法你就明白了：讓塑料變輕。降低塑料的密度方法有發(fā)泡改性、添加輕質(zhì)填料及共混輕質(zhì)樹脂三種。塑料制品的發(fā)泡成型 是降低其密度的較有效方法。而添加輕質(zhì)添料和共混輕質(zhì)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，較低相對密度只能達(dá)到0.5左 右。
塑料發(fā)泡制品的密度變化范圍很廣范，相對密度較低可達(dá)到10-3。
(2)提高塑料密度
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(zhì)填料和共混重質(zhì)樹脂。添加重質(zhì)填料提高塑料的密度方法主要的填料有金屬粉、重質(zhì)礦 物填料;共混重質(zhì)樹脂提高塑料的密度，此種方法提高幅度比較小，一般較高只能達(dá)到50%左右。主要適于一些輕質(zhì)樹脂如PE、PP、PS、EVA、 PA1010及PPO等。常加入的重質(zhì)樹脂有：PTFE、FEP、PPS及POM等。
2、塑料的透明性改進(jìn)
關(guān)于塑料的透明性，在之前的文章中有所介紹，這里只簡單介紹一下。改進(jìn)塑料透明性的原理是利用晶體與透明性的關(guān)系。塑料的透明性大小與其制品的結(jié)晶度大小和結(jié)晶結(jié)構(gòu)有關(guān)，通過控制制品的不同形態(tài)結(jié)構(gòu)，可以改善其透明性。
衡量一種材料的透明性好壞，有許多性能指標(biāo)都需要考慮。常用的指標(biāo)有：透光率、霧度、折光指數(shù)、雙折射及色散等。在上述指標(biāo)中，透光率和霧度二個指 標(biāo)主要表征材料的透光性，而折光指數(shù)、雙折射及色散三個指標(biāo)主要用于表征材料的透光質(zhì)量。一種好的透明性材料，要求上述性能指標(biāo)優(yōu)異且均衡。
常用的改變晶型方法有：
①控制結(jié)晶質(zhì)量，例如晶型、球晶含量、晶體尺寸、晶體規(guī)整性的控制;
②提高折射率，主要是通過加入不影響透明性的高折射率有機(jī)物或無機(jī)物來提高;
③降低雙折射，可通過控制加工中的取向，即降低取向度而達(dá)到降低雙折射的目的。
④添加改進(jìn)塑料的透明性，是指在透明樹脂中加入小分子物質(zhì)，從而改善其透明性的方法。利用這種方法可提高透光率、折射率，降低雙折射。
⑤添加成核劑，是增大透明樹脂透光率較有效的一種方法。成核劑是一種可以促進(jìn)結(jié)晶的小分子物質(zhì)。它在樹脂中可以起到晶核的作用，使原有的均相成核變成異相成核，增加結(jié)晶體系內(nèi)晶核的數(shù)目，使微晶的數(shù)量增多，球晶數(shù)目減少，從而使晶體尺寸變細(xì)，樹脂的透明性提高。
⑥添加高折射率無機(jī)物
⑦添加能降低雙折射的物質(zhì)
⑧添加抗霧劑
3、塑料的硬度和柔性改進(jìn)
(1)添加改進(jìn)塑料的硬度是指在塑料中加入硬質(zhì)添加劑的一種改性方法。常用的硬度填加劑為剛性無機(jī)填料及纖維。
(2)塑料的表面硬度改進(jìn)方法是指只改善塑料制品外表的硬度，而制品內(nèi)部的硬度不變。這是一種低成本的硬度改進(jìn)方法。這種改性方法主要用于殼體、裝飾材料、光學(xué)材料及日用品等。這種改性方法主要包括涂層、鍍層及表面處理三種方法。
(3)共混與復(fù)合改進(jìn)塑料的硬度：①塑料共混改進(jìn)方法即在低硬度樹脂※※混高硬度樹脂，以提高其整體硬度。常見的共混樹脂有：PS、PMMA、 ABS及MF等，需要改性的樹脂主要為PE類、PA、PTFE及PP等。②塑料復(fù)合改進(jìn)硬度的方法即在低硬度塑料制品表面上復(fù)合一層高硬度樹脂。此方法主 要適合于擠出制品，如板、片、膜及管材等。常用的復(fù)合樹脂為PS、PMMA、ABS及MF等。
(4)添加增塑劑改進(jìn)塑料的柔性：增塑劑的主要作用是改善樹脂的加工性，即降低加工溫度，改善加工流動性。但其加入到相關(guān)的樹脂中，還可以賦予制品以柔性。適用于增塑劑進(jìn)行改進(jìn)柔性的樹脂有：pvc、PVDC、CPE、SBS、PA、ABS、PVA及氯化聚醚等。
4、塑料的加工性能改進(jìn)
塑料的加工過程是由塑料原料(樹脂+添加劑)變成具有一定強(qiáng)度制品的過程。熱塑性樹脂和熱固性樹脂其加工過程中所發(fā)生的變化不同。改進(jìn)塑料的加工性 能主要集中在：提高樹脂的熱分解溫度;降低樹脂的熔融溫度;改善樹脂的加工流動性;改善樹脂的熔體特性。常用改性方法是添加改性，添加增塑劑和潤滑劑。增 塑劑可提高聚合物塑性;潤滑劑的作用是降低物料之間及物料和加工設(shè)備表面的磨擦力，從面降低熔體的流動阻力，降低熔體粘度，提高熔體的流動性，避免熔體與 設(shè)備的粘附，提高制品表面的光潔度等。
5、塑料的增強(qiáng)
塑料的增強(qiáng)一般是添加補(bǔ)強(qiáng)填料和纖維。大部分常規(guī)填料直接添加到樹脂中，會引起塑料的拉伸強(qiáng)度下降。但有些經(jīng)過表面獨步一時的或直接添加的特殊填料 不但不引起拉伸強(qiáng)度的下降，反而會在一定程度上提高拉伸強(qiáng)度，我們稱這類填料為補(bǔ)強(qiáng)填料。補(bǔ)強(qiáng)填補(bǔ)的增強(qiáng)改性遠(yuǎn)不及增強(qiáng)纖維，只可用于一些強(qiáng)度要求不太高 的場合。塑料添加纖維增強(qiáng)方法是較常用且有效的增強(qiáng)方法。增強(qiáng)用纖維類材料是塑料用較主要的增強(qiáng)材料，其用量可占整個增強(qiáng)材料的90%以上。增強(qiáng)用纖維類 材料包括纖維和晶須兩大類，具體品種主要有：無機(jī)類(如玻璃纖維、石棉纖維、碳纖維、晶須、石英纖維、石墨纖維及陶瓷纖維等)、有機(jī)類(如PAN纖維、聚 乙烯纖維、PA纖維、PC纖維、PVC纖維及聚酯纖維等)、金屬類(如硼纖維及鋁、鈦、鈣等金屬晶須等)。
6、塑料的增韌
塑料的增韌一般是共混彈性體材料，常用彈性體增韌材料有：高抗沖擊樹脂，如CPE、MBS、ACR、SBS、ABS、EVA、改性石油樹脂 (MPR)等;高抗沖擊橡膠，如乙丙橡膠(EPR)、三元乙丙橡膠(EPDM)、丁腈膠(NBR)、丁苯膠、天然膠、順丁膠、氯丁膠、聚異丁烯及丁二烯膠 等。
7、塑料的熱學(xué)性能和阻燃性能改進(jìn)
影響塑料制品使用的熱學(xué)性能主要為耐熱溫度和耐低溫溫度。耐熱溫度主要可用熱變形溫度、馬丁耐熱溫度及維卡軟化點表示;而耐低溫溫度一般可用脆化溫 度表示。在所有填料中，除有機(jī)填料外，大部分無機(jī)礦物填料都可明顯提高塑料的耐熱溫度。常用的耐熱填料有：碳酸鈣、滑石粉、硅灰石、云母、煅燒陶土、鋁礬 土及石棉等。例如，云母的較高使用溫度可達(dá)1000攝氏度，是較有效的耐熱改性填料。另外，塑料的增強(qiáng)改變耐熱性效果比填充還要好，這主要是因為大部分纖 維的耐熱溫度十分高，熔點大都超過1500攝氏度。常用的耐熱纖維主要有：石棉纖維、玻璃纖維、碳纖維、晶須、聚酰胺纖維及丙烯酸酯纖維等。
大多數(shù)塑料的阻燃性都不是十分好，塑料配方中需要添加阻燃劑。阻燃劑，它是一類能夠阻止塑料引燃或抑制火焰?zhèn)鞑サ闹鷦?。此外，還需要天添加抑煙劑輔助。
8、塑料成本降低
降低塑料的成本一直是廠家的追求，所以會使用一些改性方法降低成本。主要的方法有添加填料、共混廉價樹脂等。當(dāng)然，希望供應(yīng)廠家能夠在降低成本同時不要忘了性能的需要。
塑料的改性無非就是以上這些內(nèi)容，具體的實際改性過程是很復(fù)雜的，一方面是成本利益限制，另一方面是客戶需求，需要多種改性方法共同實現(xiàn)。
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