改性塑料

出自 MBA智库百科(https://wiki.mbalib.com/)

　　改性塑料是指在聚合物（树脂）中加入小分子无机物或有机物，通过物理或化学作用，从而赋予其某种性能（机械加工性能）或使其某种性能获得改善。

　　1.改性塑料主体产品——无机粉填充改性塑料

　　我国无机粉填充改性塑料，无论在产量、品种，还是在加工工艺和基础理论等方面，在国际上均处于领先地位。常用的无机粉有碳酸钙、滑石、高岭土、沉淀硫酸钡、硅灰石、水镁石、透闪石、云母和氧化钙等。据有关统计，每年我国用于填充改性塑料无机粉总量达700～1000万t，其中70％以上为碳酸钙(重钙、轻钙)，其次为滑石粉。

　　无机粉填充改性塑料最大作用是节约石油资源。我国石油资源不能满足经济高速发展的需要，每年需要进口大量石油和树脂，仅五大通用树脂(PE、PP、PVC、PS、ABS)每年进口量高达2400多万t。无机粉的价格不足一般通用树脂价格的1／20，对于塑料制品来说，原材料成本占总成本的近70％。对塑料制品生产企业，在不影响制品的外观和使用性能的条件下，原材料成本降低，不仅增加企业经济效益，还可提高市场竞争力。

　　无机粉填充改性塑料，在治理白色污染、环境保护方面，也发挥着重要作用。实验证明，对不易回收的包装材料和餐饮具等，在保证使用性能和卫生的条件下，当无机粉(尤其是碳酸钙)填充量达到30％以上，废弃后更容易被自然界消纳。如果做为能源回收，高填充量的制品，容易燃烧，热能回收率高，不易造成二次污染。

　　无机粉填充改性塑料，并非单纯为了减小树脂用量、节约石油资源、降低原料成本、减小环境污染，更重要的是可以赋予或改善材料某些功能，是其他方法无可替代的。最有代表性的如以下几种：

　　(1)滑石。填充到树脂中可增加材料的刚性，被大量用于PE、PP管材中，可以提高管材的环刚度，增加抗压强度。

　　(2)高岭土。塑料用一般为煅烧高岭土，可提高材料的绝缘性和阻隔红外线，被广泛应用于电缆线和大棚膜与地膜，提高电缆线的绝缘性，增加棚内和地面温度。

　　(3)具有针状结构的无机粉，如硅灰石、透闪石粉(又称复合针状粉)和某些晶须。增加材料强度和韧性，用其生产的母粒通常称之增强或补强母粒。

　　(4)云母。可明显提高制品的刚性、耐热性和电绝缘l生。其增加刚性优于滑石粉，绝缘性优于高岭土。

　　(5)水镁石。是一种廉价天然无机阻燃剂，当卤素系列，尤其是十溴联苯醚使用受到限制后，无机阻燃剂越来越受到青睐。水镁石纯度越高，粒径越小，阻燃性越好。水镁石除阻燃外，还具有消烟功能。

　　(6)沉淀硫酸钡。化学方法制备，纯度可达99％，白度可达98％以上，粒径一般在10000目以上，粒径分布窄，颗粒比较规则呈圆形，耐化学性、耐热性好。近年来，研究发现沉淀硫酸钡吸油值远比其他无机粉小，只有16左右，难团聚易分散，填充到塑料中对其力学性能影响小，可明显增加制品的光亮度。增光效果比普通增光剂好，长效不溢出，填充到建筑用下水管材中，可增大管材密度，具有较好隔音效果。

　　(7)天然沸石。具有很强吸附性， 可除去制品的异味，而且对制品的强度影响小。作为除味母粒应用于再生料中效果很好。

　　2.改性塑料加工设备

　　改性塑料，无论是填充改性、共混改性还是增强改性，基本原理都是将不同性能的物料，在助剂的帮助下，通过机械方法，打破界面界限，将其混合成均匀体，混合的越均匀，界面之问结合的越紧密，材料的性能越好。加工机械性能好坏对改性塑料的性能和强度具有非常重要的作用。

　　在改性塑料迅速发展的带动下，为了满足改性塑料市场需求，我国塑料机械加工行业近20年来，在改性塑料加工设备方面也取得了较快发展。上世纪80年代初，碳酸钙填充母粒问世时，国内还未有双螺杆挤出机，只能用单螺杆挤出机生产碳酸钙母粒。至今我国双螺杆挤出机水平已达国际先进水平， 不仅能满足国内生产需要，每年还有大量出口。

　　塑料机械加工行业，除了在双螺杆挤出机方面不断更新改造以满足改性塑料需求外，先后还成功研究开发了往复式单螺杆挤出机、三螺杆挤出机。对于死机粉填充改性， 粉的表面活化处理好坏直接影响产品质量。目前生产填充母粒的企业，对无机粉表面活化处理，主要用高速搅拌机。近年来生产高速搅拌机的企业已成功开发出专门用于无机粉表面活化处理的连续生产设备。

　　近几年来，不少企业将本来用于橡胶工业的密炼机，成功地应用到填充母粒生产中，也收到较好效果。其优势为：生产效率高，节省电能、人力及助剂，减小粉尘污染。具体作法是：按配方将所有物料一起加入密炼机内，无需加热，通过密炼机本身的压力和强剪切力自动升温，约12～15min塑炼，压入单螺杆或双螺杆挤出机进行造粒。物料混炼塑化是在密炼机内完成，这里的单螺杆或双螺杆只起造粒作用，所以在结构上比普通单螺杆或双螺杆要简单的多。采用密炼机工艺，生产同样规格的填充母粒，每吨可节省成本150～180元。

　　据有关报导，最近又研究开发出类似密炼机工艺的新型造粒设备，采用双转子连续混炼机替代密炼机，塑化后的物料直接通过双阶方式进入单螺杆造粒，整套设备成为一体。

　　3.改性塑料加工助剂

　　助剂是改性塑料生产不可缺少的重要原料，不管是填充改性，还是共混改性或增强改性都离不开助剂。改性塑料中所用助剂种类很多，常用的有：偶联剂、分散剂、润滑剂(分内润滑与外润滑)、增塑剂、增容剂、成核剂和荧光增白剂等。改性塑料的发展带动了助剂的发展。最初生产碳酸钙填充母粒时，市场上没有偶联剂产品，而是用硬脂酸代替。1984年铝酸酯偶联剂首先问世，由于价格低、色泽浅、无毒、热稳定性好、使用方便等优点，很快被推广使用。铝酸酯偶联剂的应用，对提高无机粉填充母粒的性能和质量起到重要作用。继铝酸酯偶联剂之后，硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、稀土偶联剂、酸式亚磷酸酯偶联剂、铝／钛复合偶联剂、高分子偶联剂等一系列性能优异、可供不同改性产品选用的新型偶联剂产品相继被开发出来。对于无机粉体填充改性塑料，偶联剂对产品的性能质量具有至关重要的作用。

　　随着科学理论的不断进步与发展，为了更好地满足市场需求，近几年来又不断涌现了一些多功能性的偶联剂，如增强型、增韧型、双亲抑水型、抗紫外线型、增光型等新型偶联剂。

　　尽管改性塑料所用加工助剂有着长足的进步与发展，但离实际需要还有一定距离，如解决纳米级无机粉在塑料中团聚的问题。

　　1.通用塑料工程塑料化

　　尽管工程塑料新品不断增加，在不断开拓应用领域，并由于生产装置的扩大，成本不断降低；但是，在改性设备、改性技术不断发展成熟的今天，通用热塑性树脂通过改性不断具有工程化特点，并已抢占了部分传统工程塑料的应用市场。

　　2.工程塑料高性能化

　　随着国内汽车、电气、电子、通信和机械工业的蓬勃发展，改性工程塑料的需求将大幅上升，各种高强度耐热型工程塑料将得到广泛应用。

　　3.特种工程塑料低成本化

　　如聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(PIM )、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PSF)和液晶聚合物(LCP)等高性能工程塑料，由于具有电性能好、耐高温和尺寸稳定等特性，有的还具有很好的阻燃性、耐放射性、耐化学性和机械性能，因此在电子电器、汽车、航空、仪表、石油化工以及火箭、宇航等尖端技术领域具有越来越重要的应用。

　　4.纳米复合技术将为改性塑料带来新机

　　聚合物纳米复合材料的制造与应用是未来的一个重要课题。现在，纳米技术的发展日新月异，纳米高分子材料作为其中的重要分支，研发呈现出新的趋势。纳米技术的潜在利益驱使着许多国家的科学家们不断地探索和研究，竞争十分激烈。对于纳米高分子材料来说，由于纳米粉末粒子的粒子小、表面积大、易于团聚，因此，在制备纳米粉末改性的聚合物复合材料时，用通常的共混方法难以得到纳米结构的复合材料。为了增加纳米添加物与聚合物的界面结合力，提高纳米微粒的均匀分散能力，需要对纳米粉末进行表面改性。主要是降低粒子的表面能态、消除粒子的表面电荷、提高纳米粒子与有机相的亲和力、减弱纳米粒子的表面极性等。

　　5.开发新型高效助剂也是改性塑料的重要发展方向

　　改性塑料涉及的助剂除了塑料加工常用的助剂如热稳定剂、抗氧化剂、紫外吸收剂、成核剂、抗静电剂、分散剂和阻燃剂等外，增韧剂、阻燃增效剂、合金相容剂等对改性塑料也是非常关键的。

　　6.开发高效反应型功能插层剂

　　以使在化学键连接下原位生成纳米尺度分散相，从而将纳米分散相通过化学键连接在聚合物分子主链上，形成浑然一体的聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料，用现有塑料膜、片、瓶的成型设备和工艺，高效低成本制造新型塑料包装制品，可以回收重复再使用、回收造粒再利用，是具备绿色环保理念的新型高阻隔塑料包装材料。