一、什么叫塑料改性
    凡是通過物理的、機(jī)械的和化學(xué)等作用可使樹脂原有性能得到改善的都可稱之為塑料的改性。塑料改性的含義很廣泛，在改性過程中，即可以發(fā)生物理變化，也可以發(fā)生化學(xué)變化。幾乎所有塑料的性能都可通過改性方法得到改善，如塑料的外觀、透明性、密度、精度、加工性、機(jī)械性能、化學(xué)性能、電磁性能、耐腐蝕性能、耐老化性、耐磨性、硬度、熱性能、阻燃性、阻隔性及成本性等方面。

    二、塑料改性的分類
    （一）按是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)分類
    按此分類方法可將塑料的改性分為物理改性和化學(xué)改性兩大類。
    1、塑料的物理改性是指在整個改性過程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或只發(fā)生極小程度化學(xué)反應(yīng)的一類改性方法，也叫共混改性。共混改性主要靠不同組分之間物理作用，如吸附、絡(luò)合或氫鍵等作用以及整個組分本身的力形變及形態(tài)變化而實(shí)現(xiàn)改性目的。共混改性是一種簡單、快捷、經(jīng)濟(jì)的改性方法，可以在塑料加工企業(yè)中自行實(shí)現(xiàn)，因而被廣泛采用，是最常用的一種改性方法。它包括聚合物中添加小分子物質(zhì)的添加改性、聚合物之間的共混改性、聚合物之間的復(fù)合改性、聚合物之間的交聯(lián)改性以及聚合物的形態(tài)控制和表面改性等。
    2、塑料的化學(xué)改性是指在改性過程中聚合物大分子鏈的主鏈、支鏈、側(cè)鏈及大分子鏈之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的一種改性方法。塑料化學(xué)改性包括不同單體之間的共聚反應(yīng)、大分子鏈的接枝反應(yīng)、大分子鏈之間的交聯(lián)反應(yīng)以及大分子鏈上的官能團(tuán)反應(yīng)等，反應(yīng)過程比較復(fù)雜。如石化廠的樹脂合成，各種接枝相容劑生產(chǎn)，橡膠交聯(lián)，熱塑性彈性體動態(tài)硫化等方面。    （二）按整體或局部改性分類
    按此方法可將塑料的改性分為整體改性和表面改性兩大類。
    1、塑料的整體改性是指改性在整個塑料制品的內(nèi)部及表層都發(fā)生的一類改性。這類改性的特點(diǎn)為性能變化均一。塑料的改性大都為整體改性，如前面提到的添加改性、共混改性、交聯(lián)改性及形態(tài)控制改性等。
    2、塑料的表面改性是指其改性只發(fā)生在塑料制品的表層而并未深入到內(nèi)部的一類改性。表面改性的特點(diǎn)為性能變化不均一。與整體改性相比，表面改性具有成本低的優(yōu)點(diǎn)。塑料的表面改性包括表面機(jī)械改性、表面火焰處理、表面氧化處理、表面等離子處理、表面電暈處理、表面層化處理及表面接枝聚合等。這種改性僅適于只要求外觀性能而內(nèi)部性能不重要或不需要的應(yīng)用場合，常見的有：表面光澤、硬度、耐磨、防靜電、阻燃、粘合性、印刷性及熱合性等的改進(jìn)。
    （二）聚合物共混理論
    一、聚合物共混合金的形態(tài)與結(jié)構(gòu)
    聚合物共混合金的形態(tài)結(jié)構(gòu)是決定其性能的最基本的因素之一，由于聚合物共混合金的多相性，不同的組成有不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)，即使同一組成的共混體，也因加工條件不同，也會導(dǎo)致出現(xiàn)不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)。而不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)使聚合物共混合金的性能發(fā)生很大的變化。在研究聚合物合金過程中，通過對其形態(tài)結(jié)構(gòu)分析，可以看出聚合物之間的相容程度，從而找出體系組成 相容性 微觀結(jié)構(gòu) 力學(xué)性能的關(guān)系。
    （一）非結(jié)晶聚合物共混體系的形態(tài)特征
    非結(jié)晶聚合物共混體系的形態(tài)結(jié)構(gòu)可分為三種基本類型：單相連續(xù)結(jié)構(gòu)；兩相互鎖（又稱交錯結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)和相互貫穿的兩相連續(xù)結(jié)構(gòu)。
    （二）結(jié)晶聚合物合金的形態(tài)特征
    結(jié)晶性聚合物合金有兩種情況，一種是共混體系中有一組分是結(jié)晶性聚合物，其他組分為非結(jié)晶聚合物；第二種共聚體系中的聚合物均為結(jié)晶性聚合物。
    （三）聚合物共混合金的界面層    兩種聚合物共混時，共混體系存在三個區(qū)域結(jié)構(gòu)，即兩聚合物各自獨(dú)立的區(qū)域以及兩聚合物之間形成的過渡區(qū)，這個過渡區(qū)稱為界面層。界面層的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，反映了共混聚合物之間的相容程度與相間的黏合強(qiáng)度，對共混物的性能起著很大的作用。
    1、界面層的形成：聚合物在共混過程中，經(jīng)歷兩個過程，第一步是兩相互接觸，第二步是兩聚合物大分子鏈段相互擴(kuò)散。這種大分子鏈相互擴(kuò)散的過程也就是兩相界面層形成的過程。
    聚合物大分子鏈段的相互擴(kuò)散有兩種情況：若兩種聚合物大分
    子具有相近的活動性，則兩大分子鏈段以相近的速度相互擴(kuò)散；若兩大分子的活動性相差很大，則兩相之間擴(kuò)散速度差別很大，甚至發(fā)生
單向擴(kuò)散。兩聚合物大分子鏈段相互擴(kuò)散的結(jié)果是兩相均會產(chǎn)生明顯的濃度梯度。
    2、界面層厚度：界面的厚度主要取決于兩聚合物的相容性。相容性差的兩聚合物共混時，兩相間有非常明顯和確定的相界面；兩種聚合物相容性好則共混體中兩相的大分子鏈段的相互擴(kuò)散程度大，兩相界面層厚度大，相界面較模糊；若兩種聚合物完全互溶，則共混體最終形成均相體系，相界面完全消失。
    3、界面的黏合：兩聚合物面的黏合的好壞，一方面取決于兩聚合物大分子間的化學(xué)結(jié)合，另一方面，也取決于兩相間的次價力。對于大多數(shù)聚合物共混來說，次價力的大小主要決定于界面張力。兩相的界面張力越小，黏合強(qiáng)度越高。從聚合物鏈段相互擴(kuò)散程度看，與聚合物之間的相容性有關(guān)，相容性越好，界面的黏合強(qiáng)度就越高，共混物的力學(xué)性能就越優(yōu)異。
    （三）如何判斷聚合物合金的相容性
    1、樹脂與添加劑的相容性
    大多數(shù)添加劑，尤其是無機(jī)添加劑，因與樹脂之間極性差別較大，因而兩者的相容性不好。如何判斷添加劑與樹脂之間的相容性
好壞，主要有以下標(biāo)準(zhǔn)。
    ①溶解度相近原則
    ②極性相近原則
    ③表面張力相近原則    2、提高樹脂和添加劑相容性的方法
    （1）添加劑的偶聯(lián)劑
    偶聯(lián)劑也稱為表面處理劑，分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是含有兩類性質(zhì)不同的化學(xué)基團(tuán)：一類是親無機(jī)基團(tuán)，另一類是親有機(jī)基團(tuán)。它是一種在無機(jī)材料與有機(jī)材料或不同有機(jī)材料之間，通過化學(xué)作用和物理作用，使兩者相容性得到改善的一種小分子有機(jī)化合物。偶聯(lián)劑主要用于無機(jī)材料和有機(jī)材料混合體系中，有時也用于 有機(jī)材料復(fù)合體系中，但比較少用。
    用偶聯(lián)劑對添加劑進(jìn)行處理時，其兩類基團(tuán)分別通過化學(xué)反應(yīng)或物理作用，一端與添加劑表面結(jié)合，另一端與樹脂纏結(jié)或反應(yīng)，使 表面性質(zhì)相差懸殊的添加劑與樹脂之間較好地相容。
    偶聯(lián)劑的作用機(jī)理
    A:化學(xué)鍵理論
    該理論認(rèn)為，偶聯(lián)劑分子含有兩種不同性質(zhì)的基團(tuán)，其中一種基團(tuán)可與無機(jī)材料表面分子作用，形成化學(xué)鍵；而另一種基團(tuán)可與有機(jī)材料（樹脂）分子鍵合，從而在無機(jī)相與有機(jī)相之間起到橋梁和連接作用，使不相容兩相達(dá)到相容。
    實(shí)際上，上述理論中偶聯(lián)劑與兩相的作用除形成化學(xué)鍵外，還有氫鍵及物理吸附等。化學(xué)鍵理論較好地解釋了硅烷偶聯(lián)劑對玻璃纖維復(fù)合體系的作用機(jī)理。
    B:表面浸潤理論
    該理論的主要論點(diǎn)為液態(tài)偶聯(lián)劑對無機(jī)填料的表面浸潤性，促進(jìn)了兩者的相容性。如果無機(jī)填料被完全浸潤，則樹脂在兩相界面上的物理吸附所產(chǎn)生的粘結(jié)強(qiáng)度，比樹脂本身內(nèi)聚能還要大。反之，如無機(jī)材料浸潤不良，則導(dǎo)致相容性差。此理論較好地解釋了熱固性樹脂與無機(jī)填料之間的復(fù)合。
    C:變層理論
    為了緩和復(fù)合材料中樹脂和填料兩相在冷卻時不同收縮率而產(chǎn)生的界面應(yīng)力，希望在樹脂與填料之間形成一個柔性變形層，使復(fù)合材料的韌性增大。而偶聯(lián)劑可在樹脂與填料之間形成上述的柔性變形層，起到松弛界面應(yīng)力，阻止界面裂紋擴(kuò)展的作用。
    D:拘束層理論
    復(fù)合材料中存在著高模量的填料與低模量樹脂之間的界面區(qū)，偶聯(lián)劑是界面區(qū)中的一部分，它的模量介于樹脂與填料兩者中間，可以較好地傳遞應(yīng)力。
    偶聯(lián)劑的種類
    A:硅烷類偶聯(lián)劑
    硅烷類偶聯(lián)劑是開發(fā)最早應(yīng)用最廣的一類偶聯(lián)劑。早期主要用于熱固性塑料與玻璃纖維之間，現(xiàn)在也用于熱塑性樹脂與含硅性填料之間。
    硅烷類偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)通式可以寫成：RSiX3。其中R系與樹脂分子有親和力或反應(yīng)能力的活性官能團(tuán)，如氨基、環(huán)氧基、乙烯基、甲基丙烯酰基和巰基等。X為水解基團(tuán)，如甲氧基，乙酰基氧，乙氧基等。
    在具體使用時，可先將硅烷偶聯(lián)劑用水、醇、丙酮或其它混合物做溶劑，配成一定濃度0.5%~2%的溶液而使用，并添加適量酸、堿式緩沖劑,以維持一定的PH值。
    常用的硅烷類偶聯(lián)劑品種有：KH550、KH560、KH570、KH792、DL6021
    B:鈦酸酯類偶聯(lián)劑
    單烷氧基型：這類鈦酸酯偶聯(lián)劑對水敏感，只適于干燥填料的偶聯(lián)處理。其改進(jìn)型為單烷氧基焦磷酸酯型，由于分子中含有焦磷酸基團(tuán)，克服單
    烷氧基類偶聯(lián)型的水解性，可適用于含水填料。
    螯合型 此類偶聯(lián)劑具有高度水解穩(wěn)定性，可廣泛用于PVC、PS、PF、EP中。
    配位型：此類偶聯(lián)劑可
    避免樹脂與其它助劑發(fā)生交換反應(yīng)，從而擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，主要用于PC、PO及聚酯中。
    此外還有：鋯鋁酸酯偶聯(lián)劑，硼酸酯、錫酸酯及磷酸酯類等品種。篇幅有限，其他偶聯(lián)劑種類不做一一介紹。
    不同類型偶聯(lián)劑其分子結(jié)構(gòu)類型不同，所含反應(yīng)基團(tuán)種類也不 同，因此偶聯(lián)劑對不同樹脂的作用效果不同，添加量也不同。添加量硅烷偶聯(lián)劑的用量為填料的 1%左右，鈦酸酯用量為填料的 0.5%~2%。
    （2）添加劑的高分子相容劑
    相容劑為帶有極性基團(tuán)接枝或嵌段的高分子共聚物。
    常用的接枝或嵌段共聚物有：順丁二烯酸酐（MAH）、丙烯酸酯（MAA）、甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）、丙 烯 酸 丁 酯 及 丙 烯 酸 酰 胺 等。
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