摘要：塑料改性技術(shù)的發(fā)展不僅使材料的性能大幅度提高，或者被賦予新性能，進一步拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域，而且明顯提高了塑料的工業(yè)應(yīng)用價值，在生產(chǎn)實踐中具有非常重要的地位。目前常用的塑料改性方法有共混改性技術(shù)、填充改性與纖維增強技術(shù)、化學(xué)改性技術(shù)和表面改性技術(shù)等四種，文中分別對這些塑料改性技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進行了簡潔的介紹。
1、前言
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人工合成材料得到廣泛應(yīng)用，已經(jīng)深入到人類生產(chǎn)、生活中的各個領(lǐng)域，與鋼鐵、水泥、木材等一起成為現(xiàn)代工業(yè)的四大基礎(chǔ)材料，在國民經(jīng)濟占據(jù)重要地位。塑料工業(yè)的迅速發(fā)展帶來兩個現(xiàn)實而重要的課題：廢棄塑料的回收與塑料的改性。
至2000年全世界塑料總產(chǎn)量已超過11,000萬噸，并且每年還已8%左右的增長速度繼續(xù)增加，改革開放以來，中國塑料的消費一直保持兩位數(shù)的增長速度，到2005年我國塑料制品達到2,198.55萬噸[1]。塑料制品的廣泛應(yīng)用方便了人們的生產(chǎn)與生活，也帶來了引起全社會高度關(guān)注的“白色污染”問題。
塑料的廣泛應(yīng)用對材料性能提出更高的要求，單一高分子材料已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)和生活的需求，必須對材料進行改性。所謂塑料改性，是指通過物理、化學(xué)或物理/化學(xué)的方法使塑料的性能滿足生產(chǎn)、生活的需要，或使生產(chǎn)成本降低、或使材料的性能得到改善，或被賦予全新的功能[2]。
2、塑料改性的研究概況
塑料的改性方法很多，總體上可以劃分為共混改性、填充與纖維增強改性、化學(xué)改性和表面改性等方法[3]。
2.1 共混改性
共混改性是塑料改性最為簡單而直接的方法，主要是指在基體聚合物中添加一種或一種以上的其它聚合物或改性劑制備成宏觀均勻的材料的過程，通常包括物理共混、化學(xué)共混和物理/化學(xué)共混三種情況。在某種意義上講，聚合物大分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生劇烈的變化，主要是體系組成與微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
將不同性能的塑料共混，可以大幅度提高聚合物的性能，塑料的增韌改性在生產(chǎn)實踐中得到廣泛應(yīng)用，是共混改性中非常成功的范例之一。吳馳飛等[4-6]以回收PET瓶片為主要原料，同時借鑒了低溫固相加工與反應(yīng)擠出的優(yōu)點，利用同向雙螺桿擠出機對PET/PC/SEBS體系進行共混擠出，采用4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）為擴鏈劑進行擴鏈和增容，制備出了簡支梁缺口沖擊強度>65kJ/m2，同時具有較好強度與韌性的新型高分子合金。Guimariäes等[7]研究了HDPE/POE共混體系的力學(xué)性能和熱性能，結(jié)果顯示HDPE和POE有一定的相互作用，共混物的拉伸性能得到明顯的改善，當(dāng)POE用量達到5wt%時，可得到室溫超韌材料。馮衛(wèi)星等[8]研究了PP/POE共混體系的相結(jié)構(gòu)和增韌機理，結(jié)果表明POE在PP中形成均勻的Salami結(jié)構(gòu)，可有效提高PP的常溫、低溫沖擊強度。
采用共混技術(shù)不僅可以利用不同塑料的性能的互補性制備性能優(yōu)良的新型聚合物材料，而且可以實現(xiàn)將價格昂貴的塑料與價格相對低廉的塑料共混，在不降低或略微降低前者性能的前提下降低生產(chǎn)成本。
2.2 填充與纖維增強改性
在聚合物加工成型過程中，為了達到提高塑料某一性能或降低生產(chǎn)成本的目的，多數(shù)情況下會在塑料中添加不同比例的填充劑，這些填充劑大多數(shù)是無機粉體或纖維等材料。在填充改性體系中，比較成功的例子是納米碳酸鈣和蒙脫土在塑料中的應(yīng)用。
胡圣飛等[9]人對PVC/CaCO3體系和PVC/ACR/CaCO3體系的研究表明，當(dāng)納米CaCO3的用量為10wt%時，材料的拉伸強度達到最大，比相應(yīng)的PVC和PVC/ACR共混物的拉伸強度高；同時，材料的抗沖強度也得到明顯的改善。任顯誠[10]等對納米CaCO3增韌增強PP體系進行研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入CaCO3少量時，它主要起到補強的作用，隨著CaCO3用量的增加，復(fù)合材料內(nèi)部的柔性界面層體積分率上升，柔性界面層在外力作用下先于基體發(fā)生屈服，導(dǎo)致材料的拉伸強度降低。
纖維增強復(fù)合材料具有“輕質(zhì)高強”的特點，是一類性能突出的材料，在國民生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。常用的纖維品種有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等，熱塑性塑料基體有PP、PA、PBT、PC、ABS、POM、PPS和PEEK等[3]。
2.3 化學(xué)改性
化學(xué)改性可以賦予塑料更好的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，常用的手段有嵌段共聚、接枝共聚、交聯(lián)和互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)（IPN）等技術(shù)。在化學(xué)改性技術(shù)中，嵌段共聚和接枝共聚在塑料的化學(xué)改性中應(yīng)占有重要的地位，其中制備嵌段共聚物常用的方法有活性加成聚合和縮聚合兩種，制備接枝共聚物常用的方法有鏈轉(zhuǎn)移接枝、化學(xué)接枝和輻射接枝等。
接枝共聚物不僅能夠與相應(yīng)的均聚物共混，改善均聚物的性能，如IPS就是通過采用苯乙烯與PB進行接枝共聚得到的產(chǎn)品。接枝共聚物即能作為物理共混的增容劑，又能通過接枝的反應(yīng)性基團發(fā)揮反應(yīng)性增容劑的作用。華東理工大學(xué)高分子合金研究室以LLDPE-g-MA為相容劑，制備了性能優(yōu)良的超韌PET/LLDPE合金材料，該材料能夠在常溫下進行類似金屬材料的塑性加工。接枝技術(shù)的應(yīng)用還能賦予塑料特殊功能，如鄭安吶等[11-13]人利用接枝技術(shù)，制備了具有廣譜抗菌功能PP功能材料，產(chǎn)品可以廣泛應(yīng)用于包裝、管材、無紡布、汽車、家電等行業(yè)。Taek Hyeon Kim[14]在PE分子鏈上接枝含有位阻酚基團的馬來酰亞胺，研究結(jié)果表明，接枝后的PE的抗氧化性能得到明顯改善。
嵌段接枝改性塑料品種較多，應(yīng)用廣泛，如透明包裝材料、分離膜材料、醫(yī)用材料等。對沖擊性能不理想的硬而脆的塑料而言，在分子鏈上通過接枝共聚技術(shù)在分子中引入低體積分?jǐn)?shù)的軟嵌段，可以明顯改善材料的沖擊性能。如無定形星型苯乙烯-丁二烯聚合物是由75%的聚苯乙烯鏈段和25%的聚丁二烯鏈段組成的嵌段共聚物，這種材料的韌性與一般橡膠改性的聚苯乙烯相似，且透明性好，可以用作透明包裝材料[3]。
互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)（IPN）是一種應(yīng)用目前尚不廣泛而非常有前景的塑料化學(xué)改性方法，其特點是通過化學(xué)作用強迫各組分的分子鏈相互纏結(jié)形成相互貫穿的交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)抑制不相容聚合物熱力學(xué)上相分離的目的，增加組分間的相容性，形成更加精細(xì)的共混物結(jié)構(gòu)[3]。
2.4 表面改性
隨著高分子材料工業(yè)的的發(fā)展，不僅對塑料的內(nèi)在性能提出更高的要求，而且對材料的表面的要求也越來越高，如吸附、粘合、潤滑、染色、電鍍、印刷、防霧等都要求塑料有適當(dāng)?shù)谋砻嫘阅?SUP>[3，15]。為了適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)對材料多功能化的需求，需要對聚合物表面進行改性，常用的塑料表面改性方法有化學(xué)改性和物理改性。物理改性包括表面機械改性、表面涂覆改性、表面真空鍍、濺射、噴射及物理氣相沉積等方法；化學(xué)改性包括表面火焰改性、溶液處理、放電、射線輻射、電鍍、離子鍍、接枝聚合、滲氮及化學(xué)氣相沉積等方法[16]。
等離子體法是塑料表面改性的重要手段之一，一般聚合物材料經(jīng)等離子體處理后，在表面會產(chǎn)生一些新的基團，從而改變聚合物的表面性質(zhì)，如親水性或疏水性、增加表面粘結(jié)性、改善印染性等。吳越等[17]人利用等離子體接枝法對超高分子量聚乙烯纖維進行表面處理，在纖維表面產(chǎn)生活性官能團，有效地提高了纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的剪切強度（從5.93MPa提高到17.5MPa）,就接枝效果而言，等離子體-紫外接枝法比離子焊接法好。Hsieh等[18]研究發(fā)現(xiàn)，等離子體對聚合物表面的處理效果隨時間衰退。
采用腐蝕性試劑對塑料表面進行處理是化學(xué)表面改性的重要重要組成部分，如工業(yè)中在對PP、PE、ABS等塑料鍍金前常用鉻酸洗液對其表面進行清洗，清晰后的塑料表面不僅表面的無定形聚合物被清除，在表面形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的孔穴，而且還有可能在表面引入極性基團，有利于金屬在塑料表面沉積。
近年來，表面光接枝技術(shù)也得到充分的發(fā)展，已由傳統(tǒng)的表面改性向更高層次的表面高性能化或表面功能化方向發(fā)展[3]。這種方法最突出的特點是在不改變本體性能的前提下獲得不同于本體性能的表面特征，常用光源是工業(yè)成本相對較低而選擇性好的紫外光。
3、結(jié)束語
塑料改性技術(shù)不僅是企業(yè)降低成本，增加經(jīng)濟效益的重要手段，而且是企業(yè)提高產(chǎn)品技術(shù)含量，增加產(chǎn)品附加值的重要途徑。盡管改性塑料的應(yīng)用已經(jīng)深入到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，但仍有一系列的難題需要解決。如共混改性塑料時面臨產(chǎn)品成型加工的尺寸穩(wěn)定性問題，塑料填充改性時面臨的產(chǎn)品“增重”和填充物表面處理問題，濕法表面改性中產(chǎn)生的大量廢液問題等等。
隨著科學(xué)技術(shù)的進步，新的改性技術(shù)的不斷出現(xiàn)，一些關(guān)鍵問題也面臨著歷史性的突破。一旦這些技術(shù)的某些環(huán)節(jié)取得進展，必將給塑料行業(yè)的發(fā)展帶來革命性的變化。如華東理工大學(xué)高分子合金研究室正在研究的低溫固相擠出工藝，不僅有效地解決了回收PET在二次加工中的降解問題，而且制備的PET合金的力學(xué)性能優(yōu)于新料產(chǎn)品。
對塑料進行改性是獲得具有獨特功能新型高分子化合物最便捷的途徑之一。為了滿足某種用途的要求，如抗老化、抗靜電、抗菌等，開發(fā)一種全新結(jié)構(gòu)的高分子化合物有時是不可能的，或者可能耗子巨大，而采用對高分子材料的功能化改性技術(shù)相對簡單得多。
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