材料改性的定义是什么
通过物理和化学手段改变材料物质形态或性质的方法。
化学改性(chemical modification),如聚苯乙烯的硬链段刚性太强,可引进聚乙烯软链段,增加韧性;尼龙、聚酯等聚合物的端基(氨基、羧基、羟基等),可用一元酸(苯甲酸或乙酸酐)、一元醇(环己醇、丁醇或苯甲醇等)进行端基封闭;
由多元醇与多元酸缩聚而成的醇酸聚酯耐水性及韧性差,加入脂肪酸进行改性后可以显著提高它的耐湿性和耐水性,弹性也相应提高。
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化学变化在生产和生活中普遍存在。如铁的生锈、节日的焰火、酸碱中和等等。宏观上可以看到各种化学变化都产生了新物质,这是化学变化的特征。从微观上可以理解化学变化的实质:化学反应前后原子的种类、个数没有变化,仅仅是原子与原子之间的结合方式发生了改变。
化学变化常伴有光、热、气体、沉淀产生或颜色气味改变等表现现象发生,可以参照这些现象来判断有无化学反应发生。物理变化也常伴有发光(电灯)、放热(摩擦)、放出气体(启开汽水瓶盖)、颜色变化(氧气变成液氧)等现象发生,只是没有新物质生成,这是物理变化与化学变化的根本区别。
参考资料来源:百度百科-改性
参考资料来源:百度百科-化学改性
参考资料来源:百度百科-物理改性
改性聚丙烯,是指聚丙烯(PP)塑料经过填充、共混、增强等方法加工,从而使之具有阻燃、高抗冲等性能,PP改性塑料是涉及面广、科技含量高、能创造巨大经济效益的一个塑料产业领域。
为了降低塑料制品的成本,提高或改善塑料材料某些方面的性能,增加功能性,都离不开塑料改性技术。与工程塑料相比,成本上大为节约,且在性能的设计上更为灵活。通俗讲就是纯聚丙烯树脂通过改性可以具备新的性能或增强突出其原有性能。
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PP板它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。由于均聚物型的PP温度高于0℃以上时非常脆,因此许多商业的PP材料是加入1~4%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。
共聚物型的PP材料有较低的热扭曲温度(100℃)、低透明度、低光泽度、低刚性,但是有有更强的抗冲击强度。PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。
PP的维卡软化温度为150℃。由于结晶度较高,这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。PP不存在环境应力开裂问题。通常,采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性。
参考资料来源:百度百科-改性pp板
改性是通过物理和化学手段改变材料物质形态或性质的方法。
物理改性是在基体中加入其它的填料,如有机材料、无机材料、橡胶品种、热塑性弹性体、其它塑料品种,或一些添加助剂,通过混合、混炼的方法而制成的性能突出的改性材料。化学改性通过化学反应改变聚合物的物理、化学性质。
改性化学变化
化学变化在生产和生活中普遍存在。如铁的生锈、节日的焰火、酸碱中和等等。宏观上可以看到各种化学变化都产生了新物质,这是化学变化的特征。从微观上可以理解化学变化的实质:化学反应前后原子的种类、个数没有变化,仅仅是原子与原子之间的结合方式发生了改变。
例如对于分子构成的物质来说,就是原子重新组合成新物质的分子。物质的化学性质需要通过物质发生化学变化才能表现出来,因此可以利用使物质发生化学反应的方法来研究物质的化学性质,制取新的物质。
化学变化常伴有光、热、气体、沉淀产生或颜色气味改变等表现现象发生,可以参照这些现象来判断有无化学反应发生。但要注意跟物理变化的区别。物理变化也常伴有发光(电灯)、放热(摩擦)、放出气体(启开汽水瓶盖)、颜色变化(氧气变成液氧)等现象发生,只是没有新物质生成,这是物理变化与化学变化的根本区别。
根据反应物、生成物种类不同可以把化学反应分为化合、分解、置换和复分解4种基本类型。也可以从其他角度给化学反应分类,如分成氧化还原反应与非氧化还原反应;吸热反应与放热反应等等。物体在化学变化中表现出来的性质是化学性质。
通过改性的塑料部件不仅能够达到一些钢材的强度性能,还具有质轻、色彩丰富、易成型等一系列优点,因此目前“以塑代钢”的趋势在很多行业都显现出来,而现阶段要找出一种大规模替代塑料制品的材料几乎是不可能的。
发展现状
改性塑料属于石油化工产业链中的中间产品,主要由五大通用塑料和五大工程塑料为塑料基质加工而成,具有阻燃、抗冲、高韧性、易加工性等特点。改性塑料是典型的技术进步和消费升级受益行业,得益于全球家电、电脑、电动工具和玩具等产能加速向中国转移,凭借在劳动力以及其他生产要素方面的成本优势,我国已成为这些领域的制造业大国,并籍此推动了国内改性塑料行业的发展。消费升级使中国的汽车、建筑等产业进入高速增长期,随着人们对材料性能要求的不断提高,我国正成为全球改性塑料最大的潜在市场和主要需求增长动力。
近年来我国改性塑料行业发展迅猛,产量、表观消费量年均增长分别达到20%、15%。目前国内改性塑料年总需求在500万吨左右,约占全部塑料消费量的10%左右,但仍远低于世界平均水平20%。此外,目前我国人均塑料消费量与世界发达国家相比还有很大的差距。作为衡量一个国家塑料工业发展水平的指标——塑钢比,我国仅为30:70,不及世界平均的50:50,更远不及发达国家如美国的70:30和德国的63:37。
随着人民生活水平的大幅提升和技术手段的进步,国内“以塑代钢”、“以塑代木”将成为一种趋势。改性塑料行业作为塑料加工行业大类中发展较快且发展潜力较大的一个子类行业,预计在未来的5年,其总的市场需求量仍将保持10%以上的增长率。
我国的改性塑料行业目前总体的发展水平较低,行业内企业的生产规模普遍偏小,产品的市场状况也呈现出初级产品多,中级产品质量不稳定,高级产品缺乏的特点,远不能满足我国21世纪经济发展的需要。因此,改性塑料作为化工新材料领域中的一个重要组成部分,也已被国家列为重点发展的科技领域之一。自2007年以来我国陆续出台各项政策推进改性塑料行业发展。
改性塑料已被国家列为重点发展的科技领域之一。自2007年以来我国陆续出台各项政策推进改性塑料行业发展。据前瞻产业研究院发布的《中国改性塑料行业产销需求与投资预测分析报告前瞻》调查数据分析,目前,汽车和家电行业是改性塑料发展的热点,两者占比超过50%。
塑料在汽车工业中的应用始于20世纪50年代,已经有50多年的历史。随着汽车向轻量、节能方向发展,对材料提出了更高的要求。由于1kg塑料可以替代2-3kg钢等更重的材料,而汽车自重每下降10%,油耗可以降低6%-8%。所以增加改性塑料在汽车中的用量可以降低整车成本、重量,并达到节能效果。
我国家电用改性塑料市场主要被国外企业所占据,国内改性塑料企业才占有不到1/3的市场份额。由于国内企业的产品大多局限于低技术含量、低标准的层面,对那些具有高性能需求的领域开拓能力明显不足。
随着人民生活水平的大幅提升和技术手段的进步,改性塑料行业作为塑料加工行业大类中发展较快且发展潜力较大的一个子类行业,预计在未来5年,其总的市场需求量仍将保持10%以上的增长率。
改性塑料下游主要为汽车和家电行业,两者占比超过50%。而2008年以来,家电下乡、以旧换新以及汽车优惠政策的推出都极大地促进了产业的发展,另外,节能减排政策导向也推动汽车企业减轻汽车重量进而实现节能减排,这些都极大地促进了改性塑料行业的发展。
特点
改性塑料凭借优越的性价比在越来越多的下游领域得到应用,可以说改性塑料已经成为一种消费趋势,而这种趋势背后隐含了如下五种因素:
高性能:改性塑料不仅具备传统塑料的优势,如密度小、耐腐蚀等,同时物理、机械性能得到很好的改善,如高强度、高韧度、高抗冲性、耐磨抗震,此外塑料综合性能的提高为其下游领域的广泛应用提供了基础。
低成本:与其他材料相比,塑料得益于生产效率高、密度低等优势,具有更低的成本,单位体积塑料的成本仅为金属的十分之一左右。
政府政策:中国推行的“3C”强制认证制度,对目录内产品的安全性能进行了严格的规定,从而推动了阻燃塑料在家用电器、IT、通讯等领域的广泛应用。
消费升级:随着生活水平的提高,人们开始追求更加卓越的产品性能,要求家电等产品更加美观、安全、耐用,从而对上游的塑料行业提出更高的要求,要求其具有更好的加工性能、力学性能、耐用性和安全性。
技术因素:目前世界上已经发现1000多种聚合物,但真正有应用价值的只有几十种,开发新的聚合物不仅投资巨大,而且应用前景不明朗;相反,改性技术不仅可以提高现有聚合物的性能以适应产业的需求,同时可以降低一些高价工程塑料的成本,成为发展塑料工业的有效途径。
改性塑料的材料性能在某些方面得到改善、提高,或者其加工性能得到改善,很重要的一点就是正确选用改性剂和加工助剂。例如自上个世纪八十年代以来,钛酸酯、铝酸酯偶联剂的使用,对改善无机矿物粉体材料与高分子材料之间亲合性起到了决定性的作用。近年来,全球卫生、安全、环保等方面的法规日益严格,对塑料助剂的功能、效能、卫生安全和环保性等都提出了更新更高的要求,高效、多功能、无毒、无公害是塑料助剂发展的总趋势。
目前在市场上已出现了系列新型有机硅纯硅酮塑料改性添加剂,使塑料制品功能得到增强,帮助塑料制品功能完美化,使制品具有抑烟、不产生可见烟尘、发烟量减少;有阻燃效果可达V-0级的良好阻燃功能;增加色母粒滑动性,润滑作用强,使制品表面光滑;可提高挤出性能,使挤出机任何部件在任何操作过程均不产生粘滞,不粘钻头;能助进色料分散、混合,使制品内部结构致密、均匀;提高制成品的的强度,耐冲击,好成型;能改进塑料薄膜的润滑性、防止粉连;耐高温、耐磨、导电等功能。此类功能性助剂无毒、高效、多功能,性价比优于国内外同类传统产品。它的新发现备受国内外同行关注,表现出极其广阔的市场应用空间和发展前景。
应用
我们对目前市场上纯硅酮塑料改性添加剂做了大量实验,结果表明在如下六大方面有明显的改善:
Ø 阻燃性的改善
聚苯乙烯燃烧时发生解聚,产生苯乙烯单体,其引火性非常大,所以PS的阻燃性能提高很困难,在STYRON 650D中添加各种有机粉末,用日本国仪器加普通用阻燃剂后,测定结果列于表1。添加纯硅酮塑料改性添加剂后发热速度、CO、发烟的各种效果都有提高。添加量3%~5%变化的评价效果各不同(见图1-3)。添加3%热放射速度减少37%,添加5%CO减少83%,烟改善74%。
Ø PC、PP、EVA的改性
PC、PP、EVA各种树脂中添加有机硅纯硅酮塑料改性添加剂的结果列于表2-4。添加量少于5%时机械特性无大的影响,可以改善阻燃性。
Ø 提高塑料制品的加工性能和注塑加工性
Ø 改进塑料薄膜的润滑性,防止粉连
市场上有些塑料薄膜制品会出现不能开口或极难开口的状况(即粉连),如果在制造过程中添加适量有机硅纯硅酮塑料改性添加剂,能改进塑料薄膜的润滑性,使塑料薄膜制品不产生粉连现象。
Ø 提高塑胶表面的光滑感、增强补韧、杜绝起泡现象
利用有机硅独特性能,使其得到充分的活化改性,破坏并阻止无机物团聚,从而更加均匀分散到高分子网络中,依赖较强的界面键合作用,达到增强补韧和消除塑胶制品的起泡现象、使制品表面更具光滑感的效果。
Ø 耐冲击、延长制品使用寿命
利用有机硅的特出优点-耐老化的特性,添加有机硅纯硅酮塑料改性添加剂后,能有效改善体系的相容性,提高稳定性,促进塑化、耐冲击,增加产品的耐候抗老化性能,从而达到延长制品使用寿命的效果。
同类产品对比效果
我们将纯硅酮塑料改性添加剂与其它传统塑料改性剂做了一些比较,发现在高添加阻燃剂比例的材料中添加纯硅酮塑料改性添加剂时,阻燃性(发热速度、CO、发烟速度)不仅可以改善,而且还可以使由于传统阻燃剂的添加而造成耐冲击性、加工性的损失得到恢复。
² HIPS中纯硅酮塑料改性添加剂与卤系阻燃剂的相比效果
STYRON438中添加有机硅纯硅酮塑料改性添加剂 与DECLORANE PLUS(OXYCHEM:环状的65%氯化烃)并用效果列于表5,在HIPS中卤系列阻燃剂的添加使燃烧速度减低,但CO及烟的发生速度增加。在共阻燃配方中添加纯硅酮塑料改性添加剂时,热放射速度进一步降低,同时CO及烟得到改善。卤类阻燃剂,如添加时,由于不完全燃烧使CO及烟的发生量增加,但添加纯硅酮塑料改性添加剂 1%时,效果明显改善。
² PP中纯硅酮塑料改性添加剂与Mg(OH)2的对比效果
ESCORENE 1012中添加有机硅纯硅酮塑料改性添加剂与VERSAMAG(Mortonlntermationa)并用的结果列于表6。Mg(OH)2的添加使冲击强度下降,但添加有机硅纯硅酮塑料改性添加剂则可以阻止,并且加工性改善,使放热性及机械性能提高,试验结果列于表7与图4。非改性的PPE进行各种机械特性与阻燃性试验结果列于表8。添加纯硅酮塑料改性添加剂 15%的改性PPE,比731树脂的UL94结果改善,添加量15%,UL94与氧指数两项改善。图6是纯硅酮塑料改性添加剂 添加至40%时耐冲击性的程度。纯硅酮塑料改性添加剂的粒径小于1um,添加量15%强度呈最大值。图7为添加1%与4%时弯曲度与温度的关系。纯硅酮塑料改性添加剂添加的改性PPE比一般的用PS改性PPE有非常高使用温度范围。作为改性剂的PS用少量纯硅酮塑料改性添加剂代替,愈来愈使PPE的Tg提高。
PS改性PPE内添加纯硅酮塑料改性添加剂会产生从未有过的性能提高。提高工程塑料、超级工程塑料的高温成型、耐热性、加工性、耐冲击性,在添加纯硅酮塑料改性添加剂之后均可实现。
塑料往往会有它自身的特性和缺陷,改性塑料就是给塑料改变一下性质,基本的技术包括:
1、增强:将玻璃纤维等与塑料共混以增加塑料的机械强度。
2、填充:将矿物等填充物与塑料共混,使塑料的收缩率、硬度、强度等性质得到改变。
3、增韧:通过给普通塑料加入增韧剂共混以提高塑料的韧性,增韧改性后的产品:铁轨垫片。
4、阻燃:给普通塑料树脂里面添加阻燃剂,即可使塑料具有阻燃特性,阻燃剂可以是一种或者是几种阻燃剂的复合体系,如溴+锑系,磷系,氮系,硅系,以及其他无机阻燃体系。
5、耐寒:增加塑料在低温下的强度和韧性,一般塑料在低温下固有的低温脆性,使得在低温环境中应用受限,需要添加一些耐低温增韧剂改变塑料在低温下的脆性,例如汽车保险杠等塑件,一般要求耐寒。