Qian Donghai

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聚合物改性

聚合物改性赋予新材料所需的性能,如更高的热稳定性、冲击强度、刚度、生物降解性、柔韧性等。

通过聚合物改性将相对便宜的标准塑料转化为具有定制性能的新材料,这在经济效益上通常具有十足的吸引力。相应的添加剂选择取决于相关的聚合物、期望得到的效果和加工所需的条件。

研究人员正在测试新改性聚合物的物理特性。

聚合物改性类型

以下是部分相关知识点:聚合物改性可分为两大类:各种形式的物理改性;以及通过化学方法将聚合物转变为新材料的化学改性。

物理改性

物理改性包括缠结、包埋以及辐射改性等工艺。

化学改性

化学改性是合成新聚合物的一种常见方法。广为人知的例子是硫化和无溶剂反应性挤塑。

表面改性与整体改性

表面特性是材料发挥预期功能的关键。聚合物本身往往不具有所需的表面特性。因此,表面改性技术的重要性被凸显了出来。塑料工业尤其需要通过表面改性来获得所需的性能,如耐磨性和防水性。

聚合物改性的另一种形式是通过反应性或非反应性挤塑进行的整体改性。整体改性示例如下所示。

共混聚合物和高分子共混物

另一种常见的聚合物改性方法是将聚合物与其他聚合物共混或通过挤塑改性。共混聚合物通常被称为聚合物合金。这种相对简单的方法可将市售聚合物如PE、PS或PP精制成附加值较高的定制材料。

交联、支化、断链

聚合物还可做通过其他工艺进行改性,如交联、支化和断链。在电子束技术的辅助下,交联可将热塑性塑料转化为热固性塑料,这种工艺常用于模制部件。对颗粒进行支化,可改变其熔融性质。而断链则可断开分子键,以获得特定的分子大小。

用于改性的聚合物

可用于改性的聚合物数量庞大,因此不可能在一篇文章中全面介绍。可乐丽的弹性体可作为各种塑料的改性剂。在以下段落中,让我们详细了解使用可乐丽聚合物改性的一些塑料。

聚合物颗粒

聚丙烯(PP)

聚丙烯(PP)是刚性的,具有良好的耐热性。然而,这种塑料的缺点是抗冲击性差,尤其是在低温下。添加适当的添加剂可以改善PP的抗冲击性和其他性能,如透明度、耐候性或流动性。例如,可将HYBRAR™ 7311F和7125F添加到PP中,提高其柔韧性和透明度。这类材料尤其适合医用管材和医用袋材应用。此外,SEPTON™2004F还可提高PP在低温下的冲击强度。

用于体育场座椅的改性聚丙烯,改性后的材料提高了在气温低至0℃时的抗冲击性。

了解更多内容:
展示聚丙烯在低温下的脆性(ChemEd X)。

聚乙烯 (PE)

聚乙烯(PE)是一种常见的热塑性塑料,有多种用途。聚乙烯的优点包括成本效益和耐寒性。然而,耐热性低、应力断裂、粘合性差和耐候性差等方面的缺点限制了它的用途。用SEPTON™ 4000系列和8000系列对该聚合物进行改性,往往可以弥补这些缺陷。

聚乙烯食品包装

聚苯乙烯(PS)

聚苯乙烯(PS)是一种透明塑料,其特点是高刚性、耐破损和高表面质量。STYROFOAM™是一种广为人知的泡沫型聚苯乙烯产品。*PS的不良性能可以通过聚合物改性来改善。SEPTON™ 2104和8006可与PS配合使用,以便改善其抗冲击性。

STYROFOAM是陶氏化学公司的注册商标。

固体PS和PS泡沫在许多行业都有应用。例如,PS被用于电子消费产品的外壳中。

聚氯乙烯(PVC)

聚氯乙烯(PVC)是继PE和PP之后最为重要的第三种塑料聚合物。 在不进行聚合物改性的情况下,PVC的物理性能并不突出。对其进行的改性可包括物理共混,或改变PVC链型结构的化学改性等。KURARITY™(甲基丙烯酸酯类热塑性弹性体)可用于软化或塑化PVC,使PVC更易加工。

聚碳酸酯(PC)

聚碳酸酯(PC)是一种相当坚韧的材料。然而,由于缺口冲击强度较低,这种塑料的较厚部分会变脆。这个问题可以通过添加合适的聚合物来解决,添加聚合物后可显著提高缺口冲击强度。KURARITY™和SEPTON™(氢化苯乙烯类热塑性弹性体)可以提高PC的冲击强度,同时保持其加工性能。

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)

有谁不知道广受喜爱的乐高®积木呢?乐高积木就是“丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)”塑料的一个著名应用。ABS的特点是具有多种优良特性,包括出色的抗冲击性、耐热性和良好的表面光泽。此外,这种塑料还很容易加工。

缺点是它的抗弯强度中等偏弱,耐候性也较差。为了改善ABS塑料较弱的机械和物理特性,须对其进行改性。SEPTON™、HYBRAR™(具有乙烯支化结构的氢化苯乙烯类热塑性弹性体)和KURARITY™可作为ABS的改性剂使用,改善其冲击强度、柔韧性、伸长率等。此外,HYBRAR™ 5127和7125F还可以改善ABS不同温度下的减振性能。

乐高®积木由ABS制成

聚乳酸(PLA)

聚乳酸(PLA)是一种可生物降解的生物基材料,可用于替代低成本的石油基聚合物。PLA很容易加工,并表现出良好的热塑性。它的缺点包括脆性和低韧性,其塑性变形限制了PLA的应用。KURARITY™和SEPTON™ BIO系列常用来改善PLA的性能,因为它们能使PLA更柔软、更耐用。此外,Kurarity还有助于提高PLA的透明度。

聚苯醚(PPE)

聚苯醚(PPE)是一种耐高温的高性能热塑性塑料。PPE共混物被广泛应用于多个领域的模制部件,包括电子设备、家用产品、汽车和医疗技术领域等。 与SEPTON™等改性剂共混可以在很大范围内改变PPE的特性,改善抗冲击性。

热塑性聚酯弹性体(TPE-E,又称COPE,也称TPC)

大家可能知道热塑性聚酯弹性体(TPE-E)的其他名字。TPE-E也被称为COPE或TPC。这种塑料具有非常好的抗热老化和抗化学品性能,其低温冲击强度也非常出色。然而,TPE-E的硬度有限。这一缺点可以通过使用适当的改性添加剂来改善。

改性TPE-E被用于电缆中

聚酰胺(PA)

聚酰胺(PA)最著名的应用就是尼龙。聚酰胺的特性可以根据要求通过材料改性来优化,提高韧性和耐候性。

聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)

大家知道吗?聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)具有与PET类似的特性和构成。PBT的突出优势是耐溶剂性,及成型过程中有限的收缩率。其刚度、强度和玻璃化转变温度均低于PET,对碳氢化合物和酸的耐受性也不尽人意。聚合物改性可以帮助改善这些劣势。KURARITY™可以改善PBT的流动性和韧性,而SEPTON™可以改善各种温度下的抗冲击性。

改性PBT的典型应用示例是高端键盘中的键帽。这种键帽呈哑光质感,比ABS材质的键帽更耐用。

乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)

乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)的优势特性包括耐热性和抗老化性。这种有弹性的无色塑料常用于鞋底和地板覆盖层中。此外,光伏领域的太阳能电池中也使用EVA材料。EVA的特性,如热稳定性、透光率或体积电阻均可以借助于聚合物改性来改善。

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PBT)

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)也值得一提。这种热塑性塑料常用于塑料瓶中。PET改性可使其更易加工,防止微生物污染,提高清晰度、强度、透明度和耐用性。PET还可以进行表面改性。

聚合物改性的优势

聚合物改性旨在赋予改性材料各种所需的性能。聚合物改性可以改善塑料的重要性能,如增容性、韧性、耐热性、耐候性和抗冲击性。

增容作用

混合聚合物可以开发新的材料,结合几种聚合物的特性。但由于化学结构不同,大多数聚合物不能相互混合。共混会得到多相形态。在这种情况下,增容剂有助于改善塑料共聚物的形态。

多相聚合物共混的增容作用

韧性

提高韧性指的是改善原本易碎材料的抗冲击性。开发由几种组分构成的聚合物时,弹性体若分散在相对较脆的塑料中,其韧性会对材料产生积极影响。

耐热性

耐热聚合物在许多领域发挥着关键作用,如电子设备、汽车工业、航空航天等领域。在嵌件模塑等工艺中,复合材料由树脂和金属部件组成,树脂必须具有良好的耐热冲击性,防止材料发生疲劳断裂。阻燃改性可以生成具有应用优化特性的材料,如高耐热性。

REXUS火箭的有效载荷舱由慕尼黑工业大学碳纤维加固的耐热PEEK材料制成。图片来源:A.Heddergott / TUM

耐候性

受到紫外线辐射、空气、热量和水分的影响,大多数聚合物在户外都会发生不可逆的物理和化学变化。风化带来的影响包括褪色、变色、失去光泽、表面侵蚀等。聚合物改性可以改善相关缺点或防止变化的产生。例如,使用紫外线吸收剂或抗氧化剂。

抗冲击性

各类应用常对塑料材料提出苛刻的要求,其中包括减振和阻尼减振性能等。通过结合不同的聚合物类型,塑料材料可以满足非常具体的特定要求。使用适当的改性剂(如增容剂)可以帮助达成这些要求。

测试聚合物的抗冲击性(夏比冲击试验)。

流动性

流动性是指流体和松散固体颗粒的流动能力,考虑注塑成型时,这种特性尤其重要。流动性低时,材料在模具中的流动距离就会变短,这将影响生产效率。

用于聚合物改性的材料

KURARITY™(甲基丙烯酸酯类热塑性弹性体)

可乐丽的丙烯酸嵌段共聚物KURARITY™因其结构表现出多种特性,如出色的透明度、耐候性、自粘性以及与其他极性材料良好的兼容性。基于丙烯酸的嵌段共聚物可作为一种强大的添加剂,用于极性塑料的改性。

KURARITY™(甲基丙烯酸酯类热塑性弹性体)

SEPTON™(氢化苯乙烯类热塑性弹性体)

高性能热塑性弹性体SEPTON™被用于部分热塑性弹性体共混物,可被加工成各种形式。特定品级的产品经认证可用于消费品、医疗、机动领域和油脂改性。氢化处理科确保材料出色的耐热性和耐候性。

SEPTON™(氢化苯乙烯类热塑性弹性体)

SEPTON™ BIO系列

生物基热塑性弹性体SEPTON™ BIO系列是一种独特的氢化苯乙烯法内乙烯嵌段共聚物(HSFC)。使用SEPTON™ BIO系列材料能产出高生物基含量的共混物。常见的应用包括粘合剂、密封剂、共混材料、涂层和聚合物改性。

SEPTON™ BIO系列

HYBRAR™(具有乙烯支化结构的氢化苯乙烯类热塑性弹性体)

HYBRAR™是一种富含乙烯基的高性能热塑性弹性体,具有极高的减震性能。氢化品级的HYBRAR™具有出色的耐候性,展现出与聚丙烯很好的相容性,共混后具有出色的透明度和洁净度。 常见应用包括医用薄膜和管材,以及用于减振的模塑部件。 非氢化品级可用于减振密封剂。

HYBRAR™(具有乙烯支化结构的氢化苯乙烯类热塑性弹性体)

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