第三节 塑料改性技术的最新进展
一、塑料改性在塑料工业中的地位
塑料改性是当前塑料加工行业应用最为普遍、效果最为显著的一种技改手段，也是新材料研制、新产品开发和新技术推广方面最为活跃的一个研究领域，塑料改性在塑料工业中占有的地位日益显得突出和重要，主要因为以下几个方面：
1.它是获得具有独特功能新型高分子化合物最经济的途径
塑料改性是当今世界上塑料工业的热门研究领域之一。人们已经认识到重新研制一种新的高分子材料耗资巨大，甚至有一事无成的可能，而将精力集中到现有塑料的改性工作上，却可获得事半功倍的效果。例如为了满足某种用途的要求，如耐老化、阻燃、抗静电、导电、导热等，而采用塑料改性技术常是轻而易举的事。
2.它是在保证使用性能要求的前提下降低塑料制品成本最有效的途径
我国塑料材料或制品的总成本中，原材料的费用占总成本的70%以上，因此尽可能降低原材料费用，将会使总成本显著下降，而在售价不变时，会给生产企业带来巨大经济效益。因此追求更廉价的原辅材料，追求使用某种技术使得原辅材料的成本更低始终是塑料加工企业最有吸引力的目标，当然这个目标应当建立在不影响或有利于塑料材料或制品的具体使用性能不受到损害的基础上。例如塑料打包带，如果用纯聚丙烯，不仅功能大大过剩（其拉伸断裂强度可达50MPa左右，而满足使用要求仅需10～15MPa即可），而且相互咬合的摩擦力不够。采用填充改性，通过添加填充母料的方法加入廉价的碳酸钙，不仅可以达到使用的强度要求，而且表面纹路清晰，打包后相互之间不会滑动，更有利于使用。由于碳酸钙的质量可达总质量的50%以上，其价格仅为聚丙烯树脂的1/20，使聚丙烯打包带原材料费用下降将近一半。
3.它是提高产品技术含量，增加其附加值最适宜的途径
例如刚性粒子增韧理论为同时实现材料的高韧性和高刚性开辟了成功的途径。采用经过特殊表面处理的无机矿物颗粒在填充到塑料中后，能够使填充材料获得与加入橡胶或热塑性弹性体相同水平的增韧效果，但材料的刚性与模量并未受到较大影响，远远高于橡胶或热塑性弹性体改性的材料，具有极为重要的应用价值。2004年，北欧化工公司通过在PPR中添加β晶型成核剂，推出了新一代聚烯冷热水管材专用料，牌号为Beta PPR RA7050，材料的抗冲击性能和耐热性能较PPR得到提高，管材的设计应力（70℃）达到5.0MPa，使用寿命可达50年，比传统材料延长近50%，75℃、95℃下的长期耐压性能也比用传统专用料生产的管材高。此外，管材的慢速裂纹扩展性和缺口敏感性也优于传统产品。由于材料的强度增加，管材的标准尺寸比（即外径与壁厚之比）可取7.4（传统产品一般取6），生产管材时可减小壁厚，从而节约了原料，降低了生产成本。
4.它是调整塑料行业产品结构、增加企业经济效益最常采用的途径
企业生存发展的主要手段是增强产品的市场竞争力、扩大产品市场覆盖率，这必然涉及价格低廉、质量可靠、功能新颖、手段灵活四个方面，而塑料改性技术可以为前三者的实现提供可能，建立坚实的基础，也是近年来出现的最热门的一项措施、一门学问和一种手段。市场需求、市场竞争所带来的压力带动了塑料改性学术方面的研究、相关行业产品的开发以及整个加工技术的进步，改性塑料制品的生产和塑料改性技术的普及已无孔不入地出现在我国塑料工业的各个角落，相应的研究开发工作也已成为各高等学府、研究院所和广大科技人员最热衷的领域。从专业杂志和历届学术行业会议上发表的文章看，改性塑料方面的论文无论数量上还是质量上都是非常突出的，显示出塑料工业对这一领域的热衷与关心，也标志着从事这一领域科技人员和工厂企业的实力。
二、改性塑料的发展方向
通用塑料工程化、通用工程塑料功能化和特种工程塑料实用化是塑料改性发展的方向。此外，纳米材料和高效助剂的应用给塑料改性带来了新的活力，同时环保意识的日益增强也给塑料改性提出了新的要求。
1.通用塑料工程化
良好的加工性和产品的经济性是推动通用塑料向功能化产品转化的关键因素。通用塑料向工程化应用方向推进的产品种类正在以新的规模蓬勃发展。十多年来，产量大、成本低的热塑性塑料通过填充、增强和发泡等手段提高了其力学性能和耐热性，并在不断谋求使PP、PE、PS和PVC等通用塑料工程化，进而取代工程热塑性塑料。美国专家指出，高性能化通用塑料产品已在主要耐用塑料产品市场上显著地占有一席之地，如器具、汽车零配件、电子电气零件和办公自动化产品市场。随着通用塑料生产厂家不断提高通用塑料的性能，并按最终用户的要求，同时满足产品在性能和成本方面的要求，使通用塑料逐步占领一些性能要求较低的工程热塑性塑料市场。
2.通用工程塑料功能化
通用工程塑料的功能化主要是采用“合金”化的手段。通用工程塑料“合金”化就是将工程塑料与一种或一种以上其他塑料通过共混、接枝、嵌段等形式组合在一起，使各组分的性能相互取长补短，构成一种兼具多种优良性能的塑料材料，从而达到其功能化的目的。如利用特种工程塑料的高耐热性来提高基体材料的热变形温度，利用通用塑料的原材料廉价，使材料在保持原有使用性能的同时降低产品成本，增强市场竞争力，利用弹性体的高回弹性来提高材料的耐冲击性能；同无定形塑料共混以改进材料的加工特性和耐化学性能等。
3.特种工程塑料实用化
特种工程塑料包括聚四氟乙烯（PTFE）、聚酸亚胺（PI）、聚苯硫醚（PPS）、聚砜（PSF）、聚芳砜（PAR）、聚醚醚酮（PEEK）、液晶聚合物（LCP）等，它们通常都具有某些方面的优异性能，如突出的耐热性、较高的机械强度、良好的耐化学性等，却往往综合性能较差，如熔点较高，成型加工困难，且价格高等。对这类材料的研究重点是通过填充和共混等方式，降低成本，改善其加工特性，以开发出不同档次的各种等级的材料。
4.纳米技术改性
纳米技术是20世纪90年代发展起来的新技术，利用纳米技术改性后的塑料具有很多独特性能，如用5%的有机蒙脱土改性的尼龙6（PA6）的热变形温度可以提高1.5倍，PET中加入纳米黏土后大幅降低材料的气体透过率，比纯PET的氧透过率小100倍。纳米塑料的无机纳米粒子加入量较小，一般为2%～5%，仅为通常无机填料改性时加入量的10%左右，因而复合材料的密度与原来树脂相比几乎不变或增加很小。因此，不会因密度增加过多而增加下游塑料加工厂的成本，也没有因填料过多导致其他性能下降的弊病。由于纳米粒子尺寸小，因此成型加工和回收时几乎不发生断裂破损，具有良好的可回收性。
5.开发新型高效助剂
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、抗氧剂、紫外吸收剂、抗静电剂、增韧剂、分散剂和阻燃剂等外，成核剂、阻燃增效剂、合金相容剂等对改性塑料也是非常关键的。通常一些助剂的种类和质量对改性塑料的某些性能和成本起着决定性作用。高效助剂是通用塑料工程化、通用工程塑料高性能化和特种工程塑料低成本化的重要手段。
6.改性塑料的环保意识越加凸显
随着全球环保意识的日益加强，人们对塑料制品的可回收性、环境消纳性等要求越来越高。例如在阻燃领域，无卤、低烟、低毒的环保型阻燃剂已成为人们追求的目标。目前国内塑料改性用阻燃剂近80%为含卤阻燃剂，其中以多溴二苯醚和多溴联苯类物质为代表，溴系阻燃剂效率高、用量少，对材料的性能影响小，且价格适中。和其他类型的阻燃剂相比，其效能/价格比更具有优越性。但溴—锑阻燃体系在热裂解及燃烧时会生成大量的烟尘及腐蚀性气体，而且近年欧盟一些国家认为溴系阻燃剂燃烧时会产生有毒致癌的多溴代二苯并二
烷（PBDE）和多溴代二苯并呋喃（PBDF）。2003年2月，欧盟出台了RoHS和REACH两个环保禁令，一些跨国公司如Sony、苹果、惠普等相继提出了自己的环保标准，除限制卤素化合物外，还对铅、镉、汞、六价铬等重金属实行限量管制。
思考题
1.简述单螺杆挤出机的主要结构。
2.简述双螺杆挤出机的主要结构。
3.改性塑料今后的发展方向是什么？