PE材料常見改性方法及應用
2021-02-22 來源:今日塑價
PE材料改性方法
? 接技改性
接枝聚合物幾乎不改變取乙烯骨架結構，同時又將具有各種功能的極性單體接枝到PE主鏈上，既保持了PE原有特性，又增加了新的功能，是一種簡單而行之有效的PE極性功能化方法。
接枝反應實施方法主要有溶液法、溶融法、固相法以及輻射接枝法等。
1.溶液法 使用甲苯、二甲苯、氯苯等作為反應介質在液相中進行。PE、單體、引發劑全部溶解在反應介質中，體系為均相，介質的極性和對單體的鏈轉移常數對接枝反應影響很大。
2.固相法 將PE粉末直接與單體、引發劑、界面活性劑等接觸反應。與傳統實施方法相比，固相法具有反應溫度適宜、常壓、基本保持聚合物固有物性，無需回收溶劑，后處理簡單，高效節能等優點。
3.熔融法 在熔融狀態下，通過引發劑熱分解產生自由基，從而引發大分子鏈產生自由基，在接枝單體的存在下發生自由基共聚反應，然后在聚合物大分子鏈上接枝側鏈。
4.輻射接枝法 輻射接枝表面改性包括γ射線、β射線、電子束等輻照方法，其原理是利用聚合物被輻照后產生游離基，游離基再與其它單體生成接枝聚合反應，而達到表面改性的目的。輻射接枝改性主法有：共輻照法、預輻照法、過氧化物法。
? 交聯改性
交聯改性使PE的物理力學強度大大提高，并顯著改善其耐環境應力開裂性、耐腐蝕性、抗蠕變性及耐候性，從而拓寬了其應用范圍。已商品化的PEX（鋁塑復合管）就是PE交聯的典型應用。交聯改性有輻射交聯、化學交聯、硅烷交聯。
1.輻射交聯 將聚乙烯置于輻射場中，在高能射線（主要是γ射線、X射線和電子束等）作用下，可以在固態聚合物中形成多種活性粒子，引發一系列化學反應，從而可以在聚合物內部形成交聯的三維網絡結構。
2.化學交聯 由過氧化物或偶氮化合物分解所生成的自由基與PE分子中不飽和點生成活性中心，通過單體把這些活性中心連結起來就成為化學交聯聚乙烯。
硅烷交聯：使含有不飽和乙烯基和易于水解的烷氧基多官能團的硅烷接枝到PE主鏈上，然后在水及硅醇縮合催化劑作用下發生水解并縮合成—Si—O—Si—交聯鍵，即得硅烷交聯聚乙烯。
? 共混（聚）改性
1.共聚改性 聚乙烯的共聚改性包括配位共聚合，如乙丙橡膠（EPR）、三元乙丙橡膠（EPDM）以及乙烯同1-丁烯、1-戊烯的共聚物；聚乙烯的自由基共聚合，如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）；離子型共聚合，如乙烯-（甲基）丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甘油酯（EGMA）的共聚物等。通過共聚反應，可以改變大分子鏈的柔順性或使原來的基團帶有反應性官能團，可以起到反應性增容劑的作用。
2.共混改性 共混改性是用其它樹脂、橡膠或熱塑性彈性體與PE共混，以此改善PE的韌性、抗沖擊性、印刷性、對油類阻隔性等性能。
①高低密度PE共混改性。低密度PE較柔軟，強度較低；而高密度PE強度大，韌性較差，兩者共混，可取長補短，制得硬度相異的PE材料。HDPE/LDPE共混體系中加入LLDPE（線性低密度PE）或VLDPE（極低密度PE），則由于LLDPE或VLDPE與HDPE共晶，與LDPE部分共晶，而達到改善其性能的目的。
②PE與CPE（氯化聚乙烯）共混改性。CPE與PE共混后，共混物中引入氯原子，可以改進PE的阻燃性。選用適當的相容劑，可改善兩者的相容性，避免其它阻燃方法可能造成的制品性能下降。另外，PE與CPE共混還可改善PE的印刷性、韌性。
③PE與EVA共混改性。PE與EVA（乙烯-醋酸乙烯酯）共混物具有優良的柔韌性、透明性、較好的透氣性和印刷性，受到廣泛的重視。但同時制品的力學強度有所下降。
④PE與橡膠共混改性。HDPE與橡膠類物質（如丁基膠、天然膠、丁苯膠、乙丙膠等）共混，可顯著提高其沖擊性能。
⑤PE與PA（聚酰胺）共混改性。將PA摻入PE可提高 PE對氧及烴類溶劑的阻隔性。但由于分子結構的差異，PA與PE的相容性差，徐僖等通過紫外線輻射，使PE分子鏈上引入C＝O，—COOH—，—OH等極性基團，在與PA熔融共混過程中，引入的極性基團與PA分子鏈上酰胺基或端胺基發生化學反應，增強了HDPE與PA的界面相互作用。
? 填充改性
填充改性是在熱塑性樹脂基質中加入無機粒子，使塑料制品的原料成本降低以達到增重的目的，或使塑料制品的性能有明顯改變。既在犧牲某些性能的同時，使另一些性能得到明顯的提高。
為論述方便，將填充改性分為一般性填充和功能性填充。
1.一般性填充改性 一般性填充僅限于PE力學性能的變化。填充PE的無機填料有碳酸鈣、滑石粉、高嶺土、硫酸鋇、硅酸鈣和二氧化硅等。碳酸鈣填充PE復合材料可以降低制品成本，提高剛性、耐熱性、尺寸穩定性。但無機填料碳酸鈣與非極性高聚物PE界面粘合性差，導致材料力學性能、流動性能下降。通過加入偶聯劑或用MPEW（馬來酸酐接枝聚乙烯齊聚物）對碳酸鈣進行包覆處理可以改善界面粘合性。填充PE常用有機填料有稻草纖維，木粉纖維等。
2.功能性填充改性 填充改性主要是改善塑料在光、電、磁、燃燒等方面的效果，而不僅僅是力學性能的變化，則稱這類填充改性為功能性填充。功能性填充聚乙烯包括生物降解聚乙烯、導電聚乙烯和阻燃聚乙烯等。
①生物降解聚乙烯：將淀粉經變性處理后加入PE中可制得淀粉塑料，埋入土壤后由于淀粉的存在，具有微生物可降解性。研究表明，PE/淀粉降解塑料不但可以直接作為碳源被微生物利用，并能為微生物次代謝物所腐蝕。
②導電聚乙烯：絕緣的聚乙烯樹脂與導電填料（如炭黑、金屬粉）復合可得導電性新型功能材料。這類材料具有重要的理論研究價值，而且在抗靜電、導電、自由控制面發熱體、電磁屏蔽等諸多領域有極為廣泛的應用前景。
③阻燃聚乙烯：PE的阻燃方法有：①添加鹵素阻燃劑，并與三氧化二銻配合使用。②添加有機酸、磷酸銨、三溴苯等。③添加有阻燃作用的無機填料，如Al(OH)3,Mg(OH)2等。
? 增強改性
具有增強效果的填充改性稱為增強改性，所選用的增強材料有玻璃纖維、合成纖維、晶須等。為論述方便，將自增強改性也并入此類。
自增強改性。這種增強改性并不加入任何填充材料，而是通過特殊的成型加工方法和模具流道的特殊設計，使PE熔融體流動速度梯度增大，造成分子鏈的平行取向，有助于伸直鏈晶體的生成，從而充分挖掘材料的內在潛力，開發出力學性能堪與工程塑料媲美的聚乙烯制品。由于未加任何填充材料，不需考慮聚乙烯與填充材料的相容性問題。
玻璃纖維增強聚乙烯改性。利用價廉易得并具有高強度的玻璃纖維增強PE，以提高其力學強度和耐熱性，使其成為工程塑料。研究結果表明，在復合過程中加入界面反應試劑及其與PE接枝而形成的接枝物可與玻璃纖維表面及其硅烷發生化學作用或交聯，顯著提高復合材料界面粘結性能和力學性能。
合成纖維也可作為增強型填料，它們比玻璃纖維密度小，強度更高。可用于PE改性的合成纖維有聚丙烯腈纖維、聚酰胺纖維、聚乙烯醇纖維、芳香族聚酰胺纖維等。
晶須作為一種新型材料，具有強度高、模量高、隔熱性能好等優點，同時與基體相容性較好，因此也可作增強劑使用。常用的有碳酸鈣晶須、鈦酸鉀晶須等。
? 納米粒子對PE的改性
納米材料指平均粒徑在100nm以下，顆粒尺寸處于原子簇和宏觀物體交接區域內的材料。由于表面效應、體積效應等，納米粒子具有許多新異的物理化學性質，以聚合物為基體的聚合物/無機納米粒子復合材料具有良好的機械、光、電、磁等特性，可形成重要的多功能新材料，納米技術對聚合物進行改性已成為材料科學研究的前沿。
納米改性PE材料中有：納米蒙脫土改性PE、納米氧化鋅改性PE、納米氧化鋁改性PE及納米黏土改性PE等。
改性PE材料的下游應用
? pe改性塑料吹膜用：用于PP，PE透明薄膜、乳白薄膜、彩色薄膜的填充料
? pe改性塑料注塑用：用于PP，PE高檔透明注塑以及家用電器、電子產品、衛浴泳池地板、運動器材、餐具、手工具、玩具、文具、鞋材、日用制品、醫療器械等各種顏色產品的填充料
? pe改性塑料吹塑成型用：各種日用容器的中空吹瓶的填充料
? pe改性塑料擠出成型用：擠出各種卷膜內管，PP黑管，其他塑料水管、電線電纜、建材等的填充料
? pe改性塑料編織袋拉絲成型的填充料
? pe改性塑料再生抽粒的填充料
