塑料改性技術的發展不僅使材料的性能大幅度提高,或者被賦予新性能,進一步拓展了其應用領域,而且明顯提高了塑料的工業應用價值,在生產實踐中具有非常重要的地位。目前常用的塑料改性方法有共混改性技術、填充改性與纖維增強技術、化學改性技術和表面改性技術等四種,文中分別對這些塑料改性技術的發展現狀進行了簡潔的介紹。
1、前言
隨著科學技術的發展,人工合成材料得到廣泛應用,已經深入到人類生產、生活中的各個領域,與鋼鐵、水泥、木材等一起成為現代工業的四大基礎材料,在國民經濟占據重要地位。塑料工業的迅速發展帶來兩個現實而重要的課題:廢棄塑料的回收與塑料的改性。
至2000年全世界塑料總產量已超過11,000萬噸,并且每年還已8%左右的增長速度繼續增加,改革開放以來,中國塑料的消費一直保持兩位數的增長速度,到2005年我國塑料制品達到2,198.55萬噸[1]。塑料制品的廣泛應用方便了人們的生產與生活,也帶來了引起全社會高度關注的“白色污染”問題。
塑料的廣泛應用對材料性能提出更高的要求,單一高分子材料已經不能滿足生產和生活的需求,必須對材料進行改性。所謂塑料改性,是指通過物理、化學或物理/化學的方法使塑料的性能滿足生產、生活的需要,或使生產成本降低、或使材料的性能得到改善,或被賦予全新的功能[2]。
2、塑料改性的研究概況
塑料的改性方法很多,總體上可以劃分為共混改性、填充與纖維增強改性、化學改性和表面改性等方法[3]。
2.1 共混改性
共混改性是塑料改性最為簡單而直接的方法,主要是指在基體聚合物中添加一種或一種以上的其它聚合物或改性劑制備成宏觀均勻的材料的過程,通常包括物理共混、化學共混和物理/化學共混三種情況。在某種意義上講,聚合物大分子鏈的化學結構沒有發生劇烈的變化,主要是體系組成與微觀結構發生變化。
將不同性能的塑料共混,可以大幅度提高聚合物的性能,塑料的增韌改性在生產實踐中得到廣泛應用,是共混改性中非常成功的范例之一。吳馳飛等[4-6]以回收PET瓶片為主要原料,同時借鑒了低溫固相加工與反應擠出的優點,利用同向雙螺桿擠出機對PET/PC/SEBS體系進行共混擠出,采用4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)為擴鏈劑進行擴鏈和增容,制備出了簡支梁缺口沖擊強度>65kJ/m2,同時具有較好強度與韌性的新型高分子合金。Guimariäes等[7]研究了HDPE/POE共混體系的力學性能和熱性能,結果顯示HDPE和POE有一定的相互作用,共混物的拉伸性能得到明顯的改善,當POE用量達到5wt%時,可得到室溫超韌材料。馮衛星等[8]研究了PP/POE共混體系的相結構和增韌機理,結果表明POE在PP中形成均勻的Salami結構,可有效提高PP的常溫、低溫沖擊強度。
采用共混技術不僅可以利用不同塑料的性能的互補性制備性能優良的新型聚合物材料,而且可以實現將價格昂貴的塑料與價格相對低廉的塑料共混,在不降低或略微降低前者性能的前提下降低生產成本。
2.2 填充與纖維增強改性
在聚合物加工成型過程中,為了達到提高塑料某一性能或降低生產成本的目的,多數情況下會在塑料中添加不同比例的填充劑,這些填充劑大多數是無機粉體或纖維等材料。在填充改性體系中,比較成功的例子是納米碳酸鈣和蒙脫土在塑料中的應用。
胡圣飛等[9]人對PVC/CaCO3體系和PVC/ACR/CaCO3體系的研究表明,當納米CaCO3的用量為10wt%時,材料的拉伸強度達到最大,比相應的PVC和PVC/ACR共混物的拉伸強度高;同時,材料的抗沖強度也得到明顯的改善。任顯誠[10]等對納米CaCO3增韌增強PP體系進行研究發現,當加入CaCO3少量時,它主要起到補強的作用,隨著CaCO3用量的增加,復合材料內部的柔性界面層體積分率上升,柔性界面層在外力作用下先于基體發生屈服,導致材料的拉伸強度降低。
纖維增強復合材料具有“輕質高強”的特點,是一類性能突出的材料,在國民生產中得到廣泛的應用。常用的纖維品種有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等,熱塑性塑料基體有PP、PA、PBT、PC、ABS、POM、PPS和P
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