为什么塑料需要共混增容或共混改性?能起到什么作用?

实际上,绝大多数的聚合物-聚合物共混体系是热力学非相容体系或者是半相容体系。也就是说,一般来讲,聚合物-聚合物共混体系的相容性不好。为了获得良好的物理力学性能,提高聚合物-聚合物的相容性,增容是常用的手段。
一、增容作用的物理本质
增容作用的物理本质,概括起来有三个方面:①降低共混组分间界面张力;②提高相结构的稳定性,从而使共混改性塑料的性能稳定;③改进组分间的界面黏结,有利于外场作用在组分间传递,提高共混改性塑料的性能。为了使增容剂充分发挥作用,希望增容剂聚集于界面区,实际上,增容剂在共混体系中的分布情况与许多因素有关。除了相容性外,还与增容剂的加入量、加入方式,共混设备、工艺条件等因素有关。
二、增容剂的选择原则
常用嵌段共聚物、 接枝共聚物等作为增容剂,一段组分与共混物中的一种组分相容或反应,另一段组分与共混物中另一种组分相容或反应。根据增容剂的微相分离行为的差别,所用的增容剂分为微相分离型增容剂和均相型增容剂,前者以嵌段共聚物和接枝共聚物为代表,后者包括无规共聚物、官能化聚合物和均聚物。
(1)聚合物Poly(A)与Poly(B)的共聚物Poly(A-co-B)可作为Poly(A)与Poly(B)的增容剂。
(2)如果Poly(C)与Poly(A)和Poly(B)同时相容,则Poly(C)可直接作为两者的增容剂。
(3)如果Poly(C)与Poly(A)相容,同时其官能团与Poly(B)的某种官能团产生某种反应,则Poly(C)可作为两者的增容剂。
三、一些常用塑料共混体系的增容剂
● PPO/尼龙6合金:PPO-g-MAH、PS-g-MAH
● PC/ABS合金:ABS、SBS或SEBS-g-MAH、SMA
● 弹性体增韧尼龙6体系:PE、PP、POE、SEBS或ABS、 EPDM-g-MAH
● 苯乙烯系弹性体增韧PPO:SBS、SEBS或SIS-g-MAH
● PBT/ABS合金:丙烯酸酯类共聚物
● 弹性体增韧PBT:丙烯酸酯类共聚物、GMA接枝共聚物
塑料共混改性的目的
一、改善塑料的某些物理力学性能,扩大应用范围
(1)提高塑料的综合性能。利用各聚合物组分的性能,取长补短,消除各单一聚合物组分性能上的缺点,保持各自的优点,获得综合性能优异的聚合物材料。如聚丙烯与聚乙烯共混,既保持了聚丙烯拉伸强度、压缩强度高和聚乙烯的冲击强度高的优点,又克服了聚丙烯冲击强度和耐应力开裂差的缺点。
(2)改善塑料韧性(提高抗冲击性)。使用少量的某一聚合物可作为另一聚合物的改性剂,以获得显著的改性效果。橡胶增韧塑料是最典型的例子,例如PVC/橡胶、PP/橡胶等共混体系均具有良好的抗冲击性能;又如PA/PE共混体系大大降低了PA的吸湿性,并提高了低温下的冲击强度。
(3)提高塑料的耐热性。大多数塑料的热变形温度都不高,对于一些在一定温度下工作的部件来讲,通用塑料就难以胜任。通过与耐热性好的塑料共混,则可以改善其耐热性。
(4)降低吸水率,提高制品尺寸稳定性。如PA的吸水率较大,易引起制品的尺寸变化,PA/PE共混体系则大大降低了PA的吸水率。
(5)改善应力开裂性能。如用PE改性PC,用ABS改性PC等。
(6)改善其他物理力学性能。如耐磨性、气密性、耐候性、耐化学药品性(耐溶剂性)、阻尼性、粘接性、生物相容性等。
二、改善熔体流动性,提高成型加工性能
如宇航科学领域需要耐高温的塑料,而许多耐高温的塑料因熔点高,熔体流动性差,难成型加工,采用共混技术可解决这一问题。如聚酰亚胺(PI)难熔难溶, 将其与流动性良好的聚苯硫醚(PPS)共混,就能方便地进行注射。
由于两种塑料均有很好的耐热性,它们的共混物仍是极好的耐高温材料。在聚苯醚(PPO)中混入PS,在PC中混入ABS可改善流动性,提高加工性。对硬质PVC常需掺入CPE、ACR等树脂来改善其加工性。另外,通过共混还可以控制结晶聚合物的结晶行为。
三、赋予塑料某些特殊性能,制备新型的塑料合金材料
制备阻燃塑料合金,可与含卤素等耐燃聚合物共混,如将PS、ABS、聚甲醛等加入PVC、氯化PE、聚苯醚、聚苯硫醚,可提高其耐燃性。塑料的导电性小,对一些要求导电和防静电的材料,可以与导电聚合物共混,制得具有抗静电、导电和电磁屏蔽功能的塑料材料,以满足电子、家电、通信、军事等行业的要求。
为制备具有珍珠光泽的装饰塑料,可将光学性能差异较大的不同种聚合物共混,如在PC中加入聚甲基丙烯酸甲酯,就能得到具有珍珠光泽的制品。利用硅树脂的润滑性,与许多聚合物共混可获得自润滑性良好的聚合物材料。
将拉伸强度相差悬殊、混溶性差的两种树脂共混后发泡,可制成多层、多孔材料,并有美观的自然木纹,可替代木材使用。
四、降低材料的成本,提高经济效益
对某些性能卓越但价格昂贵的工程塑料,可通过与价格低廉的通用塑料共混, 在不影响使用条件下,既降低了材料的成本,又改善了成型加工性。如PC、PSF等加入ABS和SAN后,即可改善性能,又能降低材料成本。
五、回收利用废弃聚合物材料,减少环境污染
共混技术还可以用于废弃塑料的回收,节约资源,减少环境污染。总之,通过共混改性,可以提高塑料的综合性能,在投资相对低的情况下增加塑料的品种,扩大塑料的用途,降低塑料的成本,实现塑料的高性能化、精细化、功能化、专用化和系列化,促进塑料产业以及高分子材料产业的发展,同时也促进了汽车、电子、电气、家电、 通信、军事、航空航天等高技术工业的发展。


