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塑料阻燃改性和纳米复合改性

2022-10-14 60

塑料的改性方法有多种,根据在改性过程中是否有化学反应可以划分为物理改性和化学改性两类。


化学改性是指通过化学方法改变聚合物分子链上的原子或原子团的种类及组合方式的改性方法,即塑料通过嵌段共聚、接枝共聚、交联等反应,或者引入新的官能团而形成特定功能的高分子材料。化学改性可以使制品具有更好的性能或获得新的功能。 

物理改性则是在塑料加工过程中实施的改性, 原则上不发生化学反应,主要是物理混合过程。常用的物理改性方法主要有填充改性、增强改性、共混改性等。由于物理改性方法简单、适用性强,在我国应用较多。 


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阻燃改性


高聚物的阻燃技术主要分为添加型与反应型两种方式,当前主要是以添加型为主。即在普通粒料中添加与之匹配的阻燃剂,在搅拌机内充分混合,然后进入以双螺杆挤出机为主的混炼装置重新造粒,制备出阻燃改性的阻燃塑料。


常用的添加型阻燃剂有十溴二苯醚、八溴醚、四溴双酚 A、六溴环十二烷等, 其中尤以十溴二苯醚使用量为最大。溴系阻燃剂的分解温度大多在 200 ~ 300℃左右,与各种高聚物的分解温度相匹配,因此能在最佳时刻与气相及凝聚相同时起到阻燃作用,且添加量小、阻燃效果好,因而被广泛地应用于 PBT、PET、ABS、尼龙 66 等工程塑料、PC/ ABS 塑料合金等的阻燃改性中。


阻燃剂家族中的其他品种有磷系、三嗪系、硅系、膨胀型、无机型等,这些阻燃剂在各种不同使用领域发挥着各自独特的阻燃效果。在磷系阻燃剂中,有机磷系的品种大都是油液状,在高聚物加工过程中不易添加,一般在聚氨酯泡沫、变压器油、纤维素树脂、天然和合成橡胶中使用。


而无机磷系中的红磷,是纯阻燃元素,阻燃效果好, 但它色泽鲜艳,因而应用受到部分限制。红磷的应用要注意微粒化和表面包覆,这样可使它在高聚物中有较好的分散性,与高聚物的相容性好,不易迁移,能长久保持高聚物的难燃性能。


近十年来在 PP 阻燃技术上, 意大利都灵大学教授 Camino 首创的膨胀型阻燃剂发挥了巨大的作用,这类 PN 系阻燃剂具有高效、热和光稳定性高、低毒、低烟、 低腐蚀,对加工和力学性能影响小,不会引起环境污染等特点。 

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纳米复合改性


科研人员发现,当微粒达到纳米量级时会出现一种新奇现象,即它的周期性边界被破坏,从而使其声、光、电、磁、热力学等性能呈现出与传统材料的极大差异。因此根据纳米材料的结构特点,把不同材料在纳米尺度下进行合成与组合,可以形成各种各样的纳米复合材料。


例如为满足一些行业的特殊需求,用纳米技术改变传统塑料的特性,可呈现出优异的物理性能,以及强度高、耐热性好、质量更轻等特点。

常用于纳米复合改性的塑料品种有 PP (聚丙烯)、PE (聚乙烯)、PVC (聚氯乙烯)、 ABS (丙烯腈-丁 二烯-苯乙烯)、PA (聚酰胺)、PC (聚碳酸酯)、PS (聚苯乙烯)等几十种。


随着汽车中应用塑料的数量越来越多,纳米塑料很可能会普遍应用在汽车上, 其中最引起汽车业内人士注意的有阻燃塑料、增强塑料、抗紫外线老化塑料、 抗菌塑料等。增强塑料是在塑料中填充经表面处理的纳米级无机材料蒙脱土、 CaCO3 、SiO2 等,这些材料对聚丙烯的分子结晶有明显的聚敛作用,可以使聚丙烯等塑料的拉伸强度、抗冲击强度和弹性模量上升,使塑料的物理性能得到明显改善。


增强增韧塑料可以代替金属材料,由于它们密度小、质量轻,因此用于汽车上可以大幅度减轻汽车质量,达到节省燃料的目的。这些用纳米技术改性的增强增韧塑料,可以用于汽车上的保险杠、座椅、翼子板、顶蓬盖、车门、发动机盖、行李舱盖等, 甚至还可用于变速器箱体、齿轮传动装置等一些重要部件。



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