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塑料改性复合用到相容剂的品类、用途都有哪些?

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本文来源 | 新材料研习社

 

相容剂概述
 
相容剂又称增容剂,是指借助于分子间的键合力,促使不相容的两种聚合物结合在一体,进而得到稳定的共混物的助剂,这里是指高分子增容剂。
 
PE-g-ST、PP-g-ST、ABS-g-MAH、PE-g-MAH、PP-g-MAH等,应用在塑料改性中,得到性能很好的共混性材料。
 
目前比较好的相容剂通常以马来酸酐接枝,马来酸酐单体和其它单体比较极性比较强,相容效果比较好。
 
马来酸酐接枝相容剂通过引入强极性反应性基团,使材料具有高的极性和反应性,是一种高分子界面偶联剂、相容剂、分散促进剂。主要用于无卤阻燃、填充、玻纤增强、增韧,金属粘结、合金相容等,能大大提高复合材料的相容性和填料的分散性,从而提高复合材料机械强度。
 
马来酸酐接枝相容剂可改善无机填料与有机树脂相容性,提高产品的拉伸、冲击强度,实现高填充,减少树脂用量,改善加工流变性,提高表面光洁度。
 
相容剂的作用
 
增加两种聚合物的相容性,使之两种聚合物间粘接力增大,形成稳定的结构,使分散相和连续相均匀,即相容化。相容剂之所以能使两种性质不同的聚合物相容化,是因为在其分子中具有分别能与两种聚合物进行物理或化学结合的基团的缘故。
 
相容剂的性能
 

所谓相容剂在热力学本质上可以理解为界面活性剂,但在高分子合金体系中使用的相容剂一般具有较高的分子量,在不相容的高分子体系中添加相容剂并在一定温度下经混合混炼后,相容剂将被局限在两种高分子之间的界面上,起到降低界面张力、增加界面层厚度、降低分散粒子尺寸的作用,使体系最终形成具有宏观均匀微观相分离特征的热力学稳定的相态结构。

 

相容剂的分类

由于相容剂对高分子合金体系的混合性和稳定性会产生重要的影响,因此,相容剂的合理选择和使用对高分子合金技术的实现是至关重要的。根据相容剂的基体高分子之间的作用特征,相容剂可分为两类,即非反应型相容剂和反应型相容剂。

 

非反应型相容剂

非反应型相容剂是目前比较通用相容剂。在不相容的高分子体系中通过添加非反应型相容剂而实现相容化的方法,在高分子合金技术中是最常见的。非反应型相容剂一般为共聚物,可以是嵌段共聚物,也可以是接枝共聚物或无规共聚物。

 

反应型相容剂

反应型相容剂是一种同非极性高分子主链Pc及活性基团(如羟基、环氧基组成,多为无规的)组成的聚合物。由于它的非极性高分子主体能与共混物中的非极性聚合物相容,而极性基团又能与共混物的极性聚合物的活性基团反应或键合,故能起到很好的相容作用。

 

一般是大分子型的,其活性官能团可以在分子的末端,也可以在分子的侧链上,其大分子主链可以和共混体系中的至少一种高分子基体相同,也可以不同,但在不同的情况下,其大分子主链应和共混体系中的至少一种高分子基体有较好的相容性。

 

相容剂的分类与品种

 

环装酸酐型(MAH)

环状酸酐型类反应型相容剂是目前最常用的一类反应型相容剂。其中,以马来酸酐接枝到聚烯烃上的马来酸酐相容剂为主,其接枝率一般为0.8%-1.0%,主要应用于聚烯烃塑料的改性。将马来酸酐接枝到PS或以PS为基体的二元或多元共聚反应型相容剂,可应用于PA/PC、ABS/GF、PA/ABS、PP/PA6、PP/PA66等合金的改性、共混或合金。一般用量5%-8%。

 

但此类相容剂可能会降低塑料合金的热变形温度,易使共混组分产生一结不需要的交联和降解,使反应不再能被控制。

 

羧酸型

羧酸类中的代表产品为丙烯酸型相容剂。通常是将丙烯酸接枝到聚烯烃树脂上,用途大体与马来酸酐型相同。

 

环氧型

环氧型反应型相容剂是环氧树脂或具有环氧基的化合物与其他聚合物接枝共聚而成。这类反应型能起到良好的相容作用。

 

恶唑啉型

用恶唑啉接枝的PS,即RPS,是一种比较重要的相容剂,接枝率为1%,特点是应用领域较广,不仅能与一般的含氨基或羧基的聚合物反应,还可与含羰基、酸酐、环氧基团反应,生成接枝共聚物。因此,它可以用于PS及多种工程塑料或经改性的聚烯烃树脂。此外,它还可以“就地”相容化,直接用于塑料改性、共混和合金。

 

酰亚胺型

酰亚胺型为改性聚丙烯酸酯、主要适用于PA/PO、PC/PO、PA/PC等工程塑料合金或共混。

 

异氰酸酯型

其成分为间-异丙烯基-2,2-二甲基苯酰异氰酸酯。可用于含有氨基及羧基的工程塑料合金。

 

低分子型

低分子型相容剂是反应型相容剂,以反应型单体及低分子量聚合物,包括一些能与塑料合成的一个组分相容,并与另一组分反应、交联或键合,从而形成塑料合金的有机和无机化合物。这样,不仅简化了制造塑料合金的过程,而且原料易得,成本较低。不过,对挤出机的要求较高,采用混炼型挤出机,是生产低分子相容剂的重要关键。

 

 

 

相容剂的应用

 
 

应用于塑料合金

相容剂的出现主要是为高分子材料合金技术服务的。所谓高分子合金,即由两种或两种以上具有不同性质的高分子材料经共混并采用相应的相容化技术而得到的多相多组分体系。

 

而这样的高分子合金、共混、改性的重要关键材料就是相容剂。相容剂对合金技术的微观相态结构起到很好的调整和控制作用,而使共混材料实现高性能化和功能化的效果。相容剂广泛应用于PP/PE、PP/PA、PA/PS、PA/ABS、ABS/PC、PBT/PA、PET/PA、PP/POE、PE/EPDM、TPE/PU等合金。

 

 
 

应用于聚合物的改性

由于相容剂是以活跃自由基分子羧基掺入非极性与极性聚合物之间起"桥梁"作用,将其改性成为极性的改性聚合物,再使其与极性的聚合物共混,两者之间进行反应而制得良好的改性共混效果。

 

应用在回收废旧塑料

利用相容剂回收废旧塑料,使之成为新的塑料合金或新的改性塑料,是"废物综合利用"比较好的可行办法,并可解决"白色污染"问题,具有很大的社会效益和企业经济效益。

 

在国外已有很多先例,如荷兰国家矿业公司生产的BENNET相容剂,就是用于回收废旧塑料再生的专用相容剂,可以把两种或多种不同品种、不同性质的旧塑料,如聚烯烃塑料与工程塑料的边角料的共混再生,添加5%-10%相容剂作为海相或岛相之间的界面层,发挥相容剂的键合力极性相容基团效率,而制备成为一种新的塑料合金或改性塑料。

 

应用于塑料与填料的偶联

 

相容剂又称大分子偶联剂。由于具有高分子部分与高分子聚合物相容,因此,相容剂对聚合物与填料之间的偶联效率优异,可用于PE/CaCO3、PE/滑石粉、PA/GF、PRT/GT等偶联处理,效果良好。

 

应用于极性树脂的增韧

热塑性弹性体,具有良好的柔软性、高弹性和低温性能,添加一定量的相容剂可以作为PP、PE、PS、PA、PC等塑料的增韧剂。而相容剂正是这些增韧剂的最关键性的"核"、"壳"相容作用。如EPDM接枝MAH增韧剂,可在-45℃的温度下,保持优良的物理性能和坚韧性能。一般用量5%-10%。

 

应用于改善塑料的性能

相容剂还可用于改善塑料的粘接性和改善塑料的抗静电、印刷性、光泽性等的表面性能。

 

改性材料与填料、助剂的发展可谓是相辅相成,两者协同并进,共同推动行业发展。

 

 



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