改性塑料

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　　改性塑料是指在聚合物（樹脂）中加入小分子無機物或有機物，通過物理或化學作用，從而賦予其某種性能（機械加工性能）或使其某種性能獲得改善。

　　1.改性塑料主體產品——無機粉填充改性塑料

　　我國無機粉填充改性塑料，無論在產量、品種，還是在加工工藝和基礎理論等方面，在國際上均處於領先地位。常用的無機粉有碳酸鈣、滑石、高嶺土、沉澱硫酸鋇、硅灰石、水鎂石、透閃石、雲母和氧化鈣等。據有關統計，每年我國用於填充改性塑料無機粉總量達700～1000萬t，其中70％以上為碳酸鈣(重鈣、輕鈣)，其次為滑石粉。

　　無機粉填充改性塑料最大作用是節約石油資源。我國石油資源不能滿足經濟高速發展的需要，每年需要進口大量石油和樹脂，僅五大通用樹脂(PE、PP、PVC、PS、ABS)每年進口量高達2400多萬t。無機粉的價格不足一般通用樹脂價格的1／20，對於塑料製品來說，原材料成本占總成本的近70％。對塑料製品生產企業，在不影響製品的外觀和使用性能的條件下，原材料成本降低，不僅增加企業經濟效益，還可提高市場競爭力。

　　無機粉填充改性塑料，在治理白色污染、環境保護方面，也發揮著重要作用。實驗證明，對不易回收的包裝材料和餐飲具等，在保證使用性能和衛生的條件下，當無機粉(尤其是碳酸鈣)填充量達到30％以上，廢棄後更容易被自然界消納。如果做為能源回收，高填充量的製品，容易燃燒，熱能回收率高，不易造成二次污染。

　　無機粉填充改性塑料，並非單純為了減小樹脂用量、節約石油資源、降低原料成本、減小環境污染，更重要的是可以賦予或改善材料某些功能，是其他方法無可替代的。最有代表性的如以下幾種：

　　(1)滑石。填充到樹脂中可增加材料的剛性，被大量用於PE、PP管材中，可以提高管材的環剛度，增加抗壓強度。

　　(2)高嶺土。塑料用一般為煅燒高嶺土，可提高材料的絕緣性和阻隔紅外線，被廣泛應用於電纜線和大棚膜與地膜，提高電纜線的絕緣性，增加棚內和地面溫度。

　　(3)具有針狀結構的無機粉，如硅灰石、透閃石粉(又稱複合針狀粉)和某些晶須。增加材料強度和韌性，用其生產的母粒通常稱之增強或補強母粒。

　　(4)雲母。可明顯提高製品的剛性、耐熱性和電絕緣l生。其增加剛性優於滑石粉，絕緣性優於高嶺土。

　　(5)水鎂石。是一種廉價天然無機阻燃劑，當鹵素系列，尤其是十溴聯苯醚使用受到限制後，無機阻燃劑越來越受到青睞。水鎂石純度越高，粒徑越小，阻燃性越好。水鎂石除阻燃外，還具有消煙功能。

　　(6)沉澱硫酸鋇。化學方法製備，純度可達99％，白度可達98％以上，粒徑一般在10000目以上，粒徑分佈窄，顆粒比較規則呈圓形，耐化學性、耐熱性好。近年來，研究發現沉澱硫酸鋇吸油值遠比其他無機粉小，只有16左右，難團聚易分散，填充到塑料中對其力學性能影響小，可明顯增加製品的光亮度。增光效果比普通增光劑好，長效不溢出，填充到建築用下水管材中，可增大管材密度，具有較好隔音效果。

　　(7)天然沸石。具有很強吸附性， 可除去製品的異味，而且對製品的強度影響小。作為除味母粒應用於再生料中效果很好。

　　2.改性塑料加工設備

　　改性塑料，無論是填充改性、共混改性還是增強改性，基本原理都是將不同性能的物料，在助劑的幫助下，通過機械方法，打破界面界限，將其混合成均勻體，混合的越均勻，界面之問結合的越緊密，材料的性能越好。加工機械性能好壞對改性塑料的性能和強度具有非常重要的作用。

　　在改性塑料迅速發展的帶動下，為了滿足改性塑料市場需求，我國塑料機械加工行業近20年來，在改性塑料加工設備方面也取得了較快發展。上世紀80年代初，碳酸鈣填充母粒問世時，國內還未有雙螺桿擠出機，只能用單螺桿擠出機生產碳酸鈣母粒。至今我國雙螺桿擠出機水平已達國際先進水平， 不僅能滿足國內生產需要，每年還有大量出口。

　　塑料機械加工行業，除了在雙螺桿擠出機方面不斷更新改造以滿足改性塑料需求外，先後還成功研究開發了往複式單螺桿擠出機、三螺桿擠出機。對於死機粉填充改性， 粉的錶面活化處理好壞直接影響產品質量。目前生產填充母粒的企業，對無機粉錶面活化處理，主要用高速攪拌機。近年來生產高速攪拌機的企業已成功開發出專門用於無機粉錶面活化處理的連續生產設備。

　　近幾年來，不少企業將本來用於橡膠工業的密煉機，成功地應用到填充母粒生產中，也收到較好效果。其優勢為：生產效率高，節省電能、人力及助劑，減小粉塵污染。具體作法是：按配方將所有物料一起加入密煉機內，無需加熱，通過密煉機本身的壓力和強剪切力自動升溫，約12～15min塑煉，壓入單螺桿或雙螺桿擠出機進行造粒。物料混煉塑化是在密煉機內完成，這裡的單螺桿或雙螺桿只起造粒作用，所以在結構上比普通單螺桿或雙螺桿要簡單的多。採用密煉機工藝，生產同樣規格的填充母粒，每噸可節省成本150～180元。

　　據有關報導，最近又研究開發出類似密煉機工藝的新型造粒設備，採用雙轉子連續混煉機替代密煉機，塑化後的物料直接通過雙階方式進入單螺桿造粒，整套設備成為一體。

　　3.改性塑料加工助劑

　　助劑是改性塑料生產不可缺少的重要原料，不管是填充改性，還是共混改性或增強改性都離不開助劑。改性塑料中所用助劑種類很多，常用的有：偶聯劑、分散劑、潤滑劑(分內潤滑與外潤滑)、增塑劑、增容劑、成核劑和熒光增白劑等。改性塑料的發展帶動了助劑的發展。最初生產碳酸鈣填充母粒時，市場上沒有偶聯劑產品，而是用硬脂酸代替。1984年鋁酸酯偶聯劑首先問世，由於價格低、色澤淺、無毒、熱穩定性好、使用方便等優點，很快被推廣使用。鋁酸酯偶聯劑的應用，對提高無機粉填充母粒的性能和質量起到重要作用。繼鋁酸酯偶聯劑之後，硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、稀土偶聯劑、酸式亞磷酸酯偶聯劑、鋁／鈦複合偶聯劑、高分子偶聯劑等一系列性能優異、可供不同改性產品選用的新型偶聯劑產品相繼被開發出來。對於無機粉體填充改性塑料，偶聯劑對產品的性能質量具有至關重要的作用。

　　隨著科學理論的不斷進步與發展，為了更好地滿足市場需求，近幾年來又不斷涌現了一些多功能性的偶聯劑，如增強型、增韌型、雙親抑水型、抗紫外線型、增光型等新型偶聯劑。

　　儘管改性塑料所用加工助劑有著長足的進步與發展，但離實際需要還有一定距離，如解決納米級無機粉在塑料中團聚的問題。

　　1.通用塑料工程塑料化

　　儘管工程塑料新品不斷增加，在不斷開拓應用領域，並由於生產裝置的擴大，成本不斷降低；但是，在改性設備、改性技術不斷發展成熟的今天，通用熱塑性樹脂通過改性不斷具有工程化特點，並已搶占了部分傳統工程塑料的應用市場。

　　2.工程塑料高性能化

　　隨著國內汽車、電氣、電子、通信和機械工業的蓬勃發展，改性工程塑料的需求將大幅上升，各種高強度耐熱型工程塑料將得到廣泛應用。

　　3.特種工程塑料低成本化

　　如聚苯硫醚(PPS)、聚酰亞胺(PIM )、聚醚醚酮(PEEK)、聚碸(PSF)和液晶聚合物(LCP)等高性能工程塑料，由於具有電性能好、耐高溫和尺寸穩定等特性，有的還具有很好的阻燃性、耐放射性、耐化學性和機械性能，因此在電子電器、汽車、航空、儀錶、石油化工以及火箭、宇航等尖端技術領域具有越來越重要的應用。

　　4.納米複合技術將為改性塑料帶來新機

　　聚合物納米複合材料的製造與應用是未來的一個重要課題。現在，納米技術的發展日新月異，納米高分子材料作為其中的重要分支，研發呈現出新的趨勢。納米技術的潛在利益驅使著許多國家的科學家們不斷地探索和研究，競爭十分激烈。對於納米高分子材料來說，由於納米粉末粒子的粒子小、錶面積大、易於團聚，因此，在製備納米粉末改性的聚合物複合材料時，用通常的共混方法難以得到納米結構的複合材料。為了增迦納米添加物與聚合物的界面結合力，提高納米微粒的均勻分散能力，需要對納米粉末進行錶面改性。主要是降低粒子的錶面能態、消除粒子的錶面電荷、提高納米粒子與有機相的親和力、減弱納米粒子的錶面極性等。

　　5.開發新型高效助劑也是改性塑料的重要發展方向

　　改性塑料涉及的助劑除了塑料加工常用的助劑如熱穩定劑、抗氧化劑、紫外吸收劑、成核劑、抗靜電劑、分散劑和阻燃劑等外，增韌劑、阻燃增效劑、合金相容劑等對改性塑料也是非常關鍵的。

　　6.開發高效反應型功能插層劑

　　以使在化學鍵連接下原位生成納米尺度分散相，從而將納米分散相通過化學鍵連接在聚合物分子主鏈上，形成渾然一體的聚合物／層狀硅酸鹽納米複合材料，用現有塑料膜、片、瓶的成型設備和工藝，高效低成本製造新型塑料包裝製品，可以回收重覆再使用、回收造粒再利用，是具備綠色環保理念的新型高阻隔塑料包裝材料。